Stanford Nanofabrication Facility (SNF)1 是一个面向学术界、工业界和政府的研究人员开放的实验室，拥有最尖端并可共享的设备（图1）。该超净间的面积为10,500平方英尺，坐落于斯坦福大学校内，注册的实验室成员超过600人，所研究的技术涉及MEMS、光学、生物学、化学以及传统的电子器件制造和工艺表征。在这一环境中，拥有工艺设备专业经验的工作人员会帮助研究人员将想法转变成可以工作的器件。从1985年开放至今，在SNF已经完成了数百个项目，实现了很多先进器件，比如碳纳米管（CNT）场效应晶体管（FET）、纳米谐振腔阵列激光器和单芯片三维集成电路（3-D IC）等等。

　　碳纳米管场效应晶体管

　　“晶体管进行等比例缩减的一个主要目标是获得更低的亚阈值摆幅，使工作在低电压低功耗下的器件接近理论极限值，即漏电流每下降十倍对应栅源电压下降60mV。”斯坦福大学物理系和集成系统中心的Yuerui Lu说。目前还处于研究状态的一种实现方法是使用单壁碳纳米管（SWNT） ——一种先进的准一维材料——来制造SWNT场效应晶体管。由于CNT FET的高迁移率、接近弹道式的电子传输、化学鲁棒性、不存在表面悬挂键，使保持电学性质持久不变成为可能。然而，制造这些器件需要薄而均匀的栅介质层，直到最近研究人员才终于攻克了制作这种栅介质层的难题。

　　Lu与中心成员Yoshio Nishi和Hongjie Dai合作开发了一种解决方案，首先在CNT的外表面加衬一层poly-T-DNA分子，在CNT晶体管之上制作均匀覆盖的介质层2（图2）。SWNT FET如果使用厚度小于5 nm的高k介质和氧化层，那么大多数情况下会观察到严重的栅漏电和短路现象，为了避免上述问题，首先将poly%-DNA在去离子（DI）水中浸泡30分钟，接着进行2分钟的超声降解。之后使用原子层淀积（ALD）制作一层很薄的（约2-3 nm）氧化铪栅介质层。Lu解释说，由于结构的均匀性很高，制作出的器件可以可靠地实现每十倍60mV的开启特性和高达5000 S/m的跨导（gm）。研究人员预测在诸如PIN结构的器件设计中，将高k栅介质厚度从10 nm降低到2-3 nm，可以获得带间隧穿晶体管，其开启特性将打破传统场FET每十倍60 mV的极限。

　　纳米谐振腔阵列激光器

　　光子晶体纳米谐振腔阵列激光器最早是在SNF完成演示的。斯坦福的教授Jelena Vuckovic指出，为取代垂直谐振腔表面发射激光器（VCSEL）而开发的这种阵列，可以实现100 GHz到1 THz的调制速度，比市场上现有的VCSEL型激光器快50-1000倍。在VCSEL激光器中，要增加调制带宽，需要更强的泵浦来增加光子的密度，然而随之而来的发热将引起热不稳定。另外，较大的发射孔径（典型值为直径10 祄），以及多模式操作，引起了一般VCSEL激光器低效率和高阈值的缺陷。从原理上看，阵列式激光器可以解决这些局限，因为它可以在10 祄见方的面积上放置多达100个光子晶体激光器，从而可以产生毫瓦级的光功率（图3）。

　　该纳米谐振腔激光器件使用电子束光刻，结合干法和湿法刻蚀，在基于磷化铟（InP）的材料体系中进行制作。对应的结构具有一个厚度约为300 nm的InP悬浮膜。有源区含有四个嵌入在InP悬浮膜中的铟镓砷磷（InGaAsP）量子阱，其峰值光致发光波长为1560 nm。悬浮膜上面具有气孔阵列图形。这一阵列中的每一个漏孔都是一个可完成光局域化的纳米谐振器。把这些纳米谐振器按照周期排布（间距1.5 祄）就组成了纳米谐振腔激光阵列。光子晶体激光器中对光的强烈局域化效应可以产生较大的光子密度，从而可以获得比VCSEL激光器可高得多的调制速度。

　　首先使用电子束在聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）光刻胶上确定孔阵列的位置，然后使用等离子刻蚀将图形转移到二氧化硅上。在氯气、氩气、三氯化硼对InGaAsP层进行等离子刻蚀时，将已图形化的氧化层作为掩膜。之后再去除用作牺牲层的InP层，就得到了悬空的有源光子晶体层薄膜。孔的间距为500 nm，为调整谐振腔的谐振频率，对应半径可从160nm变化到230 nm。

　　Vuckovic的研究小组已经展示了基于硅材料的阵列，可耦合高达3600个光子晶体纳米谐振腔，还有基于InP和GaAs的阵列，可耦合高达81个谐振腔。借助纳米谐振腔激光器的超高密度耦合，在不牺牲单个光子晶体激光器低发射阈值性能的前提下，就可大大提高微分量子效率。在这样的激光器中，几乎所有被发射的光子都被导向发射激光的模式，这样泵浦功率没有浪费到激光发射模式之外的光，因此耦合纳米激光器具有较大的自发辐射耦合因子，同时实现了高效率和低阈值3。相对于单模式VCSEL激光器中较低的泵浦功率阈值，如