Vor kurzem veröffentlichte Margaux Chanal, eine Wissenschaftlerin aus Frankreich, Katar, Russland und Griechenland, in der neuesten Ausgabe von Nature Communications einen Artikel mit dem Titel Über die Schwelle des ultraschnellen Laserschreibens in Bulk-Silizium. Bei früheren Versuchen, ultraschnelle Laser in Silizium zu schreiben, haben Femtosekundenlaser Durchbrüche in der strukturellen Unfähigkeit zur Verarbeitung von Massensilizium erzielt. Durch die Verwendung extremer NA-Werte können Laserpulse eine ausreichende Ionisierung erreichen, um chemische Bindungen in Silizium zu zerstören, was zu dauerhaften strukturellen Änderungen in Siliziummaterialien führt.

Seit den späten 1990er Jahren haben Forscher ultrakurze Impulse von Femtosekundenlasern mit großem Bandabstand in Massenmaterial geschrieben, bei denen es sich meist um Isolatoren handelt. Für Materialien mit schmaler Bandlücke wie Silizium und andere Halbleitermaterialien kann bisher jedoch kein präzises ultraschnelles Laserschreiben erreicht werden. Die Menschen haben daran gearbeitet, mehr Bedingungen für die Anwendung des 3D-Laserschreibens in der Silizium-Photonik und die Untersuchung neuer physikalischer Phänomene in Halbleitern zu schaffen, um den riesigen Markt für Siliziumanwendungen zu erweitern.

In diesem Experiment fanden Wissenschaftler heraus, dass selbst wenn Femtosekundenlaser die Laserenergie technisch auf die maximale Impulsintensität erhöhen, das Bulk-Silizium nicht strukturell verarbeitet werden kann. Wenn Femtosekundenlaser jedoch durch ultraschnelle Laser ersetzt werden, gibt es keine physischen Einschränkungen beim Betrieb von Induktorsiliziumstrukturen. Sie fanden auch heraus, dass Laserenergie im Medium schnell übertragen werden muss, um den Verlust an nichtlinearer Absorption zu minimieren. Die in früheren Arbeiten aufgetretenen Probleme stammen von der kleinen numerischen Apertur (NA) des Lasers. Dies ist der Winkelbereich, in dem der Laser projiziert werden kann, wenn er gesendet und fokussiert wird. Die Forscher lösten das Problem der numerischen Apertur durch die Verwendung einer Siliziumkugel als festes Immersionsmedium. Wenn der Laser im Zentrum der Kugel fokussiert wird, wird die Brechung der Siliziumkugel vollständig unterdrückt und die numerische Apertur stark erhöht, wodurch das Problem des Schreibens von Siliziumphotonen gelöst wird.

Tatsächlich kann das 3D-Laserschreiben bei Anwendungen mit Silizium-Photonik die Konstruktions- und Herstellungsverfahren auf dem Gebiet der Silizium-Photonik stark verändern. Die Silizium-Photonik gilt als die nächste Revolution der Mikroelektronik, die die endgültige Datenverarbeitungsgeschwindigkeit des Lasers auf Chip-Ebene beeinflusst. Die Entwicklung der 3D-Laserschreibtechnologie eröffnet der Mikroelektronik eine neue Welt.