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Contexte 2.6 Solutions pour augmenter l’inductance Augmenter l’inductance pour une surface occupée identique devient aujourd’hui le deuxième effort le plus important quant à l’optimisation des inductances planaires derrière celui consacré au facteur de qualité. Ceci constitue la motivation principale à l’utilisation de matériaux magnétiques comme nous allons le voir par la suite. Il existe cependant quelques solutions « classiques » intéressantes que nous allons décrire brièvement. 2.6.1 Inductance empilée La possibilité de réalisation de l’inductance sur plusieurs niveaux de métallisation offre ici l’avantage de pouvoir mettre en série plusieurs inductances verticalement comme illustrée par la figure 29 (a). Cette méthode maximise l’inductance par unité d’aire. Il a été observé qu’une inductance de 10 nH peut être réalisée sur une surface de 22 µm × 23 µm [35]. C’est le principal avantage que peut offrir cette technologie. Les inconvénients sont un facteur de qualité et une fréquence de coupure relativement faibles dus à l’augmentation de la capacité de substrat ainsi que de la capacité entre les spires. Le facteur de qualité et la valeur d’inductance de telles inductances sont illustrés par la figure 29 (b). 2.6.2 Inductance 3D miniature Comme nous l’avons déjà énoncé, il n’est pas possible de réaliser une inductance toroïdale ou solénoïde qui devrait présenter théoriquement une densité d’inductance surfacique (par rapport à la surface occupée dans le plan) beaucoup plus grande, du fait de la section efficace bien trop faible ici (séparation entre niveaux de métal). Une alternative a été proposée par Tang et al. [36], consistant en une sorte de solénoïde vertical qui peut donc bénéficier d’une section (ici dans le plan) très grande (figure 30 (a)). Par contre, ce dispositif est bien loin de répondre au modèle théorique d’un solénoïde à spires jointives. L’inductance miniature, bien qu’assez complexe, possède une capacité de couplage minimale. Ceci mène à une fréquence de résonance bien plus élevée et un domaine en fréquence plus large pour un facteur de qualité élevé. Une comparaison des valeurs d’inductance et de facteur de qualité obtenues à partir de ces inductances par rapport à une inductance empilée classique est donnée par la figure 30 (b). 28
Contexte Figure 29 : Principe d’une inductance empilée avec six niveaux de métal (a) et facteur de qualité et valeur d’inductance correspondant (b) [35]. (a) Figure 30 : Structure d’une inductance 3D miniature (a), valeurs d’inductance et de facteur de qualité (b) d’une inductance empilée classique et d’une inductance 3D [36]. Lplanar L3D (b) Qplanar Q3D 29
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