DARPA启动M3IC项目，拟实现磁性与微电子器件的高度集成
2016-06-23 09:16:32   来源：微迷   评论：0   点击：

美国国防先期研究计划局（DARPA）启动新项目——“磁性、小型、单片集成器件”（M3IC），拟实现环形器和隔离器等磁性器件的小型化，以及与晶体管和电容器等微电子器件的集成，带来具备更大能力的电磁微系统，实现雷达和其他射频系统领域的芯片级创新，以及为日益拥挤的军民频谱应用带来更大的灵活性。该项目预期持续五年，总资金投入2600万美元。

项目背景

以电的方式来设计、部署和实现射频信号处理器件小型化的难度要远小于磁性器件，但一些信号处理功能通过操控磁场来实现要有效得多。然而由于将磁性器件直接集成到电子器件芯片上的难度较大，以及磁性器件的磁场还会以不可预测和不需要的方式影响芯片的电子行为，导致磁性器件的用户接受度低。所以，无线电、雷达和其他射频系统的设计者通常将磁性器件独立于芯片之外，但同时带来体积大、重量大、功耗高等缺点。

项目内容

M3IC项目目标是通过电磁材料和半导体材料的无缝设计和集成，同时实现电-磁器件的设计和制造，而且是在整个电路上分散实现电磁功能，而非将其推到角落，并保证电磁功能仅出现在该出现的地方。这样，设计人员就可以充分研发出带有电磁功能的新一代具有更高集成度的先进射频单片集成电路，提供比现有芯片更高的带宽、稳定性和更低功耗。

图为将磁性器件（绿色）集成到高密度微电子器件（蓝色）上，全面布局而非隅于一角

项目挑战

该新项目将解决三个挑战。

1.基础材料科学和功能：研发可在半导体晶圆上制造近乎无缺陷磁材料薄膜图形的技术，如六角铁氧体和带有可变换磁特性的多层超晶格，同时保持磁器件和半导体器件的特性。

2.建模软件：研发场/电路建模软件，用于精确和有效设计集成磁性器件。

3.器件实现：工程师和设计人员使用新材料和建模工具，设计和实现采用更小和更高能效封装形式的新型或改进型电磁器件。

在解决这些挑战的同时，M3IC项目还将提供所需的材料和工具来改进现有磁性器件的设计和性能，如环形器和频率选择限制器（FSL），推进新型磁性射频处理技术。

意义

M3IC项目组长Dev Palmer表示：“电磁材料可使我们获得其他电子器件不具备的独特物理特性和功能。M3IC项目将改变我们设计射频电路和系统的方式”。

M3IC项目将开启新的磁-电设计范式，通过提供新的集成电磁器件，拓展新的工作频段（大于30GHz），减少干扰和对敏感通信系统器件的损害，带来更小的雷达系统、更大的数据和信息传输信道、更高功率的射频系统，避免阻塞，实现远程通信和更高功率电子战系统。