近日，來自于法國、卡塔爾、俄羅斯和希臘的科學(xué)家Margaux Chanal等人在最新一期的《自然通訊》（Nature Communications）雜志上發(fā)表了一篇名為《Crossing the threshold of ultrafast laser writing in bulk silicon》的論文。論文中表示，之前在硅中進行超快速激光寫入的嘗試中， 飛秒激光 器在結(jié)構(gòu)上無法對體硅進行處理的問題得到了突破，采用極端NA值允許 激光脈沖 可實現(xiàn)足夠的電離破壞硅中化學(xué)鍵，導(dǎo)致硅材料永久性結(jié)構(gòu)改變。
自90年代末以來，研究人員一直在將飛秒激光器 的超短脈沖寫入具有寬帶隙的塊狀材料中，這些材料通常是絕緣體。但到目前為止，對于具有窄帶隙的材料，如硅和其他半導(dǎo)體材料，精密超快激光寫入還是不能實現(xiàn)的。人們一直致力于為3D 激光寫入在硅光子學(xué)中的應(yīng)用以及半導(dǎo)體中新物理現(xiàn)象的研究創(chuàng)造更多條件，從而拓展硅應(yīng)用的巨大市場。
此次試驗中，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，飛秒激光器即使將激光能量提高到技術(shù)上的最大脈沖強度在結(jié)構(gòu)上仍然無法對體硅進行處理。不過，將飛秒激光器替換成超快激光時，在誘導(dǎo)體硅結(jié)構(gòu)操作中沒有受到物理上的限制。他們還發(fā)現(xiàn)激光能量必須以快速的方式在介質(zhì)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(shù)值孔徑（NA），也就是激光傳輸聚焦時可以投射的角度范圍。科研人員通過采用硅球作為固體浸入介質(zhì)解決了數(shù)值孔徑問題。當(dāng)將激光聚焦在球體的中心時，硅球完全抑制折射大大增加數(shù)值孔徑，從而解決了硅光子寫入問題。
事實上，在硅光子應(yīng)用中，進行3D激光寫入將可能大大改變硅光子學(xué)領(lǐng)域中設(shè)計和制備的方法。而硅光子學(xué)則被視為微電子學(xué)的下一場革命，影響著激光在芯片級別的最終數(shù)據(jù)處理速度，這一3D激光寫入技術(shù)的研發(fā)為微電子學(xué)打開了新世界的大門。
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