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飛秒激光器激光寫入矽成就微電子下一場革命

點擊: 次來源:www.sptlaser.com 時間:2017-10-27

飛秒激光器激光寫入矽成就微電子下一場革命


自90年代末以來,研究人員一直在將飛秒激光器的超短脉冲写入具有宽带隙的块状材料中,这些材料通常是绝缘体。但到目前为止,对于具有窄带隙的材料,如硅和其他半导体材料,精密超快激光写入还是不能实现的。人们一直致力于为3D 激光写入在硅光子学中的应用以及半导体中新物理现象的研究创造更多条件,从而拓展硅应用的巨大市场。

 

近日,来自于法国、卡塔尔、俄罗斯和希腊的科学家Margaux Chanal等人在最新一期的《自然通讯》(Nature Communications)杂志上发表了一篇名为《Crossing the threshold of ultrafast laser writing in bulk silicon》的论文。论文中表示,之前在硅中进行超快速激光写入的尝试中,飞秒激光器在结构上无法对体硅进行处理的问题得到了突破,采用极端NA值允许激光脉冲可实现足够的电离破坏硅中化学键,导致硅材料永久性结构改变。

 

此次試驗中,科學家發現,飛秒激光器即使將激光能量提高到技術上的最大脈沖強度在結構上仍然無法對體矽進行處理。不過,將飛秒激光器替換成超快激光時,在誘導體矽結構操作中沒有受到物理上的限制。他們還發現激光能量必須以快速的方式在介質中傳輸,以便使非線性吸收的損失最小化。原來之前工作時遇到的問題源于激光器的小數值孔徑(NA),也就是激光傳輸聚焦時可以投射的角度範圍。科研人員通過采用矽球作爲固體浸入介質解決了數值孔徑問題。當將激光聚焦在球體的中心時,矽球完全抑制折射大大增加數值孔徑,從而解決了矽光子寫入問題。

 

事實上,在矽光子應用中,進行3D激光寫入將可能大大改變矽光子學領域中設計和制備的方法。而矽光子學則被視爲微電子學的下一場革命,影響著激光在芯片級別的最終數據處理速度,這一3D激光寫入技術的研發爲微電子學打開了新世界的大門。

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