低介電常數(shù)（Low-k）材料在速度更快、體積更小、性能更高的電子器件中具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，目前大多數(shù)低k材料都是非常多孔的，這使得它們?cè)诟邷叵铝W(xué)性能很弱且不穩(wěn)定。美國(guó)和韓國(guó)的一個(gè)研究小組目前已經(jīng)制造出一種基于氧化鋁的三維納米結(jié)構(gòu)介電材料，這種材料不會(huì)出現(xiàn)這些問(wèn)題。這種結(jié)構(gòu)可用于制造諸如電容器、寬帶天線和穩(wěn)定布線等器件，用于航空航天和氫動(dòng)力車輛的高壓應(yīng)用。

納米晶格電容器的研制

韓國(guó)光州科學(xué)技術(shù)研究所（GIST）的團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人Bong Joong Kim解釋說(shuō)：“我們制造了k值為1.09–1.10的3D納米結(jié)構(gòu)空心梁氧化鋁介電電容器，在–20到+20 V的范圍內(nèi)和100 kHz到10 MHz的范圍內(nèi)都是穩(wěn)定的。”。“這些器件的介電損耗非常小，僅為0.01–0.1，而介電材料本身具有優(yōu)異的機(jī)械性能，即楊氏模量為30兆帕，屈服強(qiáng)度為1.07兆帕，熱穩(wěn)定性優(yōu)異，介電常數(shù)的熱系數(shù)為2.43×10–5/K，較高可達(dá)800°C。”

他補(bǔ)充說(shuō)，設(shè)計(jì)和合成低k材料非常重要，因?yàn)樗鼈兛梢詰?yīng)用于計(jì)算機(jī)處理部件、無(wú)線通信和汽車?yán)走_(dá)等領(lǐng)域。在這種器件中，降低層間介質(zhì)的k值可以減小阻容（RC）延遲、降低功耗并降低附近互連之間的串?dāng)_，所有這些都是現(xiàn)代集成電路（ic）中的嚴(yán)重問(wèn)題。

降低材料的k值

低k值也適用于多芯片模塊（MCM）技術(shù)，該技術(shù)允許無(wú)源元件，如電感器、電阻器和電容器（在微波/毫米波通信的3D電路中用作構(gòu)建塊）集成到設(shè)備中。例如，用于輻射和接收無(wú)線電波的典型射頻模塊中的天線需要具有足夠低的k的支撐基板，以防止波的表面?zhèn)鞑ゲ⒃黾訋挕?/p>

降低材料k值的一種方法是引入孔隙率，因?yàn)榭諝獾膋值很低。然而，這里的問(wèn)題是，孔隙率增加往往導(dǎo)致較差的機(jī)械和熱性能，以及不穩(wěn)定的電氣性能。這是因?yàn)楹茈y控制孔隙的大小以及它們?cè)诓牧现械姆植肌?/p>

三維陶瓷納米晶格的制備

Kim和同事通過(guò)在高摻雜硅襯底上沉積金/鈦底電極來(lái)制作低k電介質(zhì)。電極的金部分為80nm，鈦部分為12nm。接下來(lái)，研究人員在電極頂部沉積了一層光刻膠，然后使用一種稱為雙光子光刻直接激光寫入的技術(shù)，將納米晶格支架直接寫入光刻膠層。

“然后我們用原子層沉積法在這種聚合物納米晶格上涂上一層10納米厚的氧化鋁（Al2O3）共形層，并用聚焦離子束在氧等離子體中蝕刻光刻膠。后，我們蒸發(fā)了一層相同的Au/Ti（80/12nm）雙層膜，作為納米晶格頂板上的頂電極，以制造平行板電容器。”

他告訴記者：“我們的3D陶瓷納米晶格可能被用于制造更快、更小、更高性能的微電子設(shè)備，這些設(shè)備耗電更少，用于計(jì)算機(jī)處理組件、寬帶天線和穩(wěn)定的布線，用于航空航天和氫動(dòng)力車的高壓應(yīng)用。”納米科技網(wǎng)站.

這個(gè)由美國(guó)加州理工學(xué)院（California Institute of Technology）朱莉婭•格里爾（Julia Greer）領(lǐng)導(dǎo)的研究小組表示，他們目前正試圖改變納米晶格的設(shè)計(jì)，以改善其整體物理和電學(xué)性能。