低介电常数材料具有广阔的应用场景

 低介电常数（Low-k）材料在速度更快、体积更小、性能更高的电子器件中具有广阔的应用前景。然而，目前大多数低k材料都是非常多孔的，这使得它们在高温下力学性能很弱且不稳定。美国和韩国的一个研究小组目前已经制造出一种基于氧化铝的三维纳米结构介电材料，这种材料不会出现这些问题。这种结构可用于制造诸如电容器、宽带天线和稳定布线等器件，用于航空航天和氢动力车辆的高压应用。

纳米晶格电容器的研制

韩国光州科学技术研究所（GIST）的团队负责人Bong Joong Kim解释说：“我们制造了k值为1.09–1.10的3D纳米结构空心梁氧化铝介电电容器，在–20到+20 V的范围内和100 kHz到10 MHz的范围内都是稳定的。”。“这些器件的介电损耗非常小，仅为0.01–0.1，而介电材料本身具有优异的机械性能，即杨氏模量为30兆帕，屈服强度为1.07兆帕，热稳定性优异，介电常数的热系数为2.43×10–5/K，较高可达800°C。”

他补充说，设计和合成低k材料非常重要，因为它们可以应用于计算机处理部件、无线通信和汽车雷达等领域。在这种器件中，降低层间介质的k值可以减小阻容（RC）延迟、降低功耗并降低附近互连之间的串扰，所有这些都是现代集成电路（ic）中的严重问题。

降低材料的k值

低k值也适用于多芯片模块（MCM）技术，该技术允许无源元件，如电感器、电阻器和电容器（在微波/毫米波通信的3D电路中用作构建块）集成到设备中。例如，用于辐射和接收无线电波的典型射频模块中的天线需要具有足够低的k的支撑基板，以防止波的表面传播并增加带宽。

降低材料k值的一种方法是引入孔隙率，因为空气的k值很低。然而，这里的问题是，孔隙率增加往往导致较差的机械和热性能，以及不稳定的电气性能。这是因为很难控制孔隙的大小以及它们在材料中的分布。

三维陶瓷纳米晶格的制备

Kim和同事通过在高掺杂硅衬底上沉积金/钛底电极来制作低k电介质。电极的金部分为80nm，钛部分为12nm。接下来，研究人员在电极顶部沉积了一层光刻胶，然后使用一种称为双光子光刻直接激光写入的技术，将纳米晶格支架直接写入光刻胶层。

“然后我们用原子层沉积法在这种聚合物纳米晶格上涂上一层10纳米厚的氧化铝（Al2O3）共形层，并用聚焦离子束在氧等离子体中蚀刻光刻胶。后，我们蒸发了一层相同的Au/Ti（80/12nm）双层膜，作为纳米晶格顶板上的顶电极，以制造平行板电容器。”

他告诉记者：“我们的3D陶瓷纳米晶格可能被用于制造更快、更小、更高性能的微电子设备，这些设备耗电更少，用于计算机处理组件、宽带天线和稳定的布线，用于航空航天和氢动力车的高压应用。”纳米科技网站.

这个由美国加州理工学院（California Institute of Technology）朱莉娅•格里尔（Julia Greer）领导的研究小组表示，他们目前正试图改变纳米晶格的设计，以改善其整体物理和电学性能。