Недавно ученый из Франции, Катара, России и Греции Марго Шаналь опубликовал в последнем выпуске журнала Nature Communications статью «Переступая порог сверхбыстрой лазерной записи в объемном кремнии». В предыдущих попытках написать сверхбыстрые лазеры в кремнии фемтосекундные лазеры сделали прорыв в структурной неспособности обрабатывать объемный кремний. Использование экстремальных значений NA позволяет лазерным импульсам достигать достаточной ионизации для разрушения химических связей в кремнии, что приводит к постоянным структурным изменениям в кремниевых материалах.

С конца 1990-х годов исследователи записывают ультракороткие импульсы фемтосекундных лазеров в объемные материалы с широкой запрещенной зоной, которые обычно являются изоляторами. Но до настоящего времени для материалов с узкой запрещенной зоной, таких как кремний и другие полупроводниковые материалы, точная сверхбыстрая лазерная запись не может быть достигнута. Люди работали над созданием большего количества условий для применения 3D лазерной записи в кремниевой фотонике и изучения новых физических явлений в полупроводниках, чтобы расширить огромный рынок кремниевых приложений.

В этом эксперименте ученые обнаружили, что даже если фемтосекундные лазеры увеличивают энергию лазера до максимальной интенсивности импульса, технически объемный кремний не может быть обработан структурно. Однако при замене фемтосекундных лазеров на сверхбыстрые лазеры физические ограничения в работе кремниевых структур индуктивности отсутствуют. Они также обнаружили, что лазерная энергия должна быстро передаваться в среде, чтобы минимизировать потери нелинейного поглощения. Проблемы, с которыми сталкивались в предыдущей работе, возникли из-за небольшой числовой апертуры (NA) лазера, которая представляет собой диапазон углов, в котором лазер может проецироваться, когда он передается и фокусируется. Исследователи решили проблему числовой апертуры, используя кремниевую сферу в качестве твердой иммерсионной среды. Когда лазер фокусируется в центре сферы, преломление кремниевой сферы полностью подавляется, а числовая апертура значительно увеличивается, что решает проблему записи кремниевых фотонов.

Фактически, в приложениях кремниевой фотоники, лазерная 3D-запись может значительно изменить дизайн и методы изготовления в области кремниевой фотоники. Кремниевая фотоника считается следующей революцией микроэлектроники, влияющей на конечную скорость обработки данных лазера на уровне чипа. Развитие технологии лазерной 3D-печати открывает двери в новый мир микроэлектроники.