Токовихревая интегральная индуктивность с предельно высокой плотностью для систем связи беспилотных летательных аппаратов

ИСОиП (ф) ДГТУ

Разработана новая конструкция планарной токовихревой микроскопической индуктивности с технологией «проводящая плёнка в токовом кольце». Реализует как положительные, так и отрицательные индуктивности с предельно высокой поверхностной плотностью ( Гн/м²), которые недостижимы в современных технологиях.

Применение традиционных КМОП-технологий в микроэлектронике позволяет в одном слое индуктора достигать поверхностную плотность индуктивности порядка 0, 2 Гн/м² (2 нГн на площади 100х100 мкм²). Все одиночные индукторы характеризуются предельной верхней частотой работы, называемой «частота среза» (cutofffrequency). Для индукторов с различной геометрией она лежит в диапазоне частот 0, 8 Ггц - 5 Ггц.

На рисунке приведена конструкция предлагаемой токовихревой индуктивности (заявка на патент № 2015151513/08, заявл. 01. 12. 15 г. ). Она отличается от известных конструкций тем, что в ней спиральный планарный индуктор заменён на одновитковое токовое кольцо и исключена многослойность дополнительной тонкой плёнки. Во внутреннюю область витка (токового кольца) из металлической пленки толщиной h₁ введена дополнительная тонкая пленка толщиной h₂ радиусом R из материала, обладающего заданной электропроводностью, и не имеющего электрического контакта с витком.

В качестве подложки применён сапфир.

Использование алюминия при напылении тонкой плёнки радиусом R=50 мкм и толщиной h₂=100 нм позволяет получить положительную потоковую индуктивность тонкой плёнки L_ф=50 нГн. Тонкая плёнка будет работать на наноразмерном эффекте и обеспечивать частотно-независимую индуктивность в диапазоне частот от 0, 5 до 50 МГц.

Напыление алюминиевой плёнки толщиной h₂=2 мкм с сохранением других геометрических размеровпозволит получить отрицательную частотно-зависимую динамическую индуктивность L=-47 нГн. Такая тонкая плёнка будет работать на наноразмерномэффекте на частоте 1, 6 Мгц. Её целесообразно использовать для пассивной компенсации паразитных индуктивностей в «системах на кристалле».

Замена алюминиевой плёнки на плёнку из модифицированного кремния позволит повысить диапазон работы индуктивности до десятков гигагерц.

Контактная информация

Прокопенко Николай Николаевич, ДГТУ, prokopenko@sssu. ru

Сапогин Владимир Георгиевич, ДГТУ, sapogin@mail. ru