低介電常數(shù)材料具有廣闊的應(yīng)用場景

 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，這使得它們在高溫下力學(xué)性能很弱且不穩(wěn)定。美國和韓國的一個研究小組目前已經(jīng)制造出一種基于氧化鋁的三維納米結(jié)構(gòu)介電材料，這種材料不會出現(xiàn)這些問題。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力車輛的高壓應(yīng)用。

納米晶格電容器的研制

韓國光州科學(xué)技術(shù)研究所（GIST）的團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人Bong Joong Kim解釋說：“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，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在材料中的分布。

三維陶瓷納米晶格的制備

Kim和同事通過在高摻雜硅襯底上沉積金/鈦底電極來制作低k電介質(zhì)。電極的金部分為80nm，鈦部分為12nm。接下來，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力車的高壓應(yīng)用。”納米科技網(wǎng)站.

這個由美國加州理工學(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。