پیشرفت جدید در کاربردهای سیلیکون

اخیراً، Margaux Chanal، دانشمندی از فرانسه، قطر، روسیه و یونان مقاله ای با عنوان عبور از آستانه نوشتن لیزر فوق سریع در سیلیکون حجیم در آخرین شماره Nature Communications منتشر کرده است. در تلاش‌های قبلی برای نوشتن لیزرهای فوق سریع در سیلیکون، لیزرهای فمتوثانیه پیشرفت‌هایی در ناتوانی ساختاری در پردازش سیلیکون حجیم داشته‌اند. استفاده از مقادیر شدید NA به پالس های لیزر اجازه می دهد تا یونیزاسیون کافی را برای از بین بردن پیوندهای شیمیایی در سیلیکون بدست آورند که منجر به تغییرات ساختاری دائمی در مواد سیلیکونی می شود.
از اواخر دهه 1990، محققان پالس های فوق کوتاه لیزرهای فمتوثانیه را در مواد حجیم با فاصله باند وسیع، که معمولاً عایق هستند، می نویسند. اما تا به حال، برای مواد با فاصله باند باریک، مانند سیلیکون و سایر مواد نیمه هادی، نوشتن لیزر بسیار سریع دقیق امکان پذیر نیست. مردم برای ایجاد شرایط بیشتر برای استفاده از نوشتن لیزر سه بعدی در فوتونیک سیلیکون و مطالعه پدیده های فیزیکی جدید در نیمه هادی ها تلاش کرده اند تا بازار عظیم کاربردهای سیلیکون را گسترش دهند.
در این آزمایش، دانشمندان دریافتند که حتی اگر لیزرهای فمتوثانیه انرژی لیزر را از نظر فنی به حداکثر شدت پالس افزایش دهند، سیلیکون حجیم را نمی توان از نظر ساختاری پردازش کرد. با این حال، هنگامی که لیزرهای فمتوثانیه با لیزرهای فوق سریع جایگزین می شوند، هیچ محدودیت فیزیکی در عملکرد ساختارهای سیلیکونی سلف وجود ندارد. آنها همچنین دریافتند که انرژی لیزر باید به روشی سریع در محیط منتقل شود تا از دست دادن جذب غیرخطی به حداقل برسد. مشکلاتی که در کارهای قبلی با آن مواجه می‌شد از دیافراگم عددی کوچک (NA) لیزر سرچشمه می‌گیرد، که محدوده زاویه‌ای است که لیزر می‌تواند در هنگام ارسال و فوکوس پخش شود. محققان مشکل دیافراگم عددی را با استفاده از کره سیلیکونی به عنوان محیط غوطه وری جامد حل کردند. هنگامی که لیزر در مرکز کره متمرکز می شود، شکست کره سیلیکونی به طور کامل سرکوب می شود و دیافراگم عددی به شدت افزایش می یابد، بنابراین مشکل نوشتن فوتون سیلیکونی حل می شود.
در واقع، در کاربردهای فوتونیک سیلیکونی، نوشتن سه بعدی لیزری ممکن است تا حد زیادی روش های طراحی و ساخت در زمینه فوتونیک سیلیکونی را تغییر دهد. فوتونیک سیلیکون به عنوان انقلاب بعدی میکروالکترونیک در نظر گرفته می شود که بر سرعت پردازش داده نهایی لیزر در سطح تراشه تأثیر می گذارد. توسعه فناوری نوشتن لیزری سه بعدی دری را به روی دنیای جدیدی برای میکروالکترونیک باز می کند.