整合到晶片表面的微型電容器可以使計算更加節能，延長起搏器等植入醫療設備的使用壽命，並幫助為小型機器人提供動力。得益於材料科學技巧，工程師們製造出的電容器在給定面積內可儲存9 倍的能量並提供170 倍的功率。這些微小但功能強大的電容器可以使用與製造DRAM 相同的材料和技術來製造。

電容器由介電材料製成並在電場中儲存能量。與利用化學反應來儲存能量的電池相比，它們非常耐用，可以提供高功率水平和快速充電。但電容器的能量密度（在給定面積內可以儲存的能量）通常遠低於電池。這使得將它們縮小到晶片尺寸變得特別具有挑戰性。

一個工程師團隊透過採用複合材料中出現的一些奇怪的電子特性來解決這個限制。他們製作了氧化鉿和氧化鋯的複合薄膜，該薄膜表現出自發電極化。有些區域是鐵電性的，所有偶極子都指向相同的方向，而有些區域是反鐵電性的，偶極子指向多個方向，因此這些區域無法儲存電荷。當對這些材料施加電場時，反鐵電區域會轉變，變成鐵電體，薄膜可以儲存大量電荷——比嚴格的鐵電材料多得多。

麻省理工學院的材料科學家Suraj Cheema表示，這種所謂的負電容效應意味著「你可以獲得更多的電荷儲存」。 Cheema 是加州大學柏克萊分校電機工程與電腦科學教授Sayeef Salahuddin博士後期間開發新型微電容器設備的團隊的一員。

但僅靠負電容不足以製造具有高能量密度的微電容器－這些層只有2 奈米厚。團隊必須弄清楚如何使這些薄膜更厚，同時保持其負電容背後的獨特晶體結構。他們能夠透過分層一些非晶態氧化鋁來建造100 奈米厚的電容器。此中斷層從每個覆蓋層「隱藏」介電材料的結構，確保整個材料保持正確的晶體結構。

為了在不增加面積的情況下進一步提高這些設備的能量密度，研究人員使用了當今DRAM 單元電容器中常見的設計。這些3D 結構是在矽晶片表面挖出的U 形溝槽。該設計在給定的佔地面積內包含了更多的電荷儲存材料。溝槽電容器可以透過原子層沉積（ALD）來製造。該技術與半導體製造相容，但很難擴大規模，為電動車等產品製造更大的電容器。

Cheema 表示，微型電容器每平方公分可儲存80 毫焦耳的能量，僅比鋰離子電池小一個數量級。但是，雖然微型電池在高端只能充電1,000 次，但這些微型電容器可以充電數十億次。 Cheema 說，它們的充電速度快了一億倍。

「這是一種智慧工程方法，導致能量密度取得重大進步，」未參與這項工作的德雷塞爾大學材料科學家尤里‧戈戈西(Yury Gogotsi)說。他後來在電子郵件中補充道，“考慮到每部手機中約有1,000 個多層陶瓷片式電容器，一輛汽車中約有3,000 至8,000 個，這項技術的影響可能非常重大。”

就目前的形式而言，該技術可用於增加DRAM 中的電荷儲存。這些設備還可用於使電源更接近電腦晶片上的處理器，從而節省目前在運輸過程中損失的能源。

如果電容器可以按比例放大，它們可以在機器人和手機等大型設備中得到應用。 Cheema 目前正在利用麻省理工學院林肯實驗室的設施，將這些單獨的微電容器連接起來，以製造更大的能量儲存設備。能量密度可以用平方公分來測量，但到目前為止他們只製造了50 微米x 1 微米的設備。