Odborné znalosti

Nový pokrok v aplikacích křemíku

2021-03-31
Margaux Chanal, vědec z Francie, Kataru, Ruska a Řecka, nedávno v nejnovějším čísle Nature Communications publikoval článek s názvem Překračování prahu ultrarychlého laserového psaní ve velkém křemíku. V předchozích pokusech zapisovat ultrarychlé lasery do křemíku přinesly femtosekundové lasery průlom ve strukturální neschopnosti zpracovávat objemný křemík. Použití extrémních hodnot NA umožňuje laserovým pulzům dosáhnout dostatečné ionizace ke zničení chemických vazeb v křemíku, což vede k trvalým strukturálním změnám v křemíkových materiálech.
Od konce 90. let vědci zapisují ultrakrátké pulsy femtosekundových laserů do sypkých materiálů se širokou šířkou pásma, což jsou obvykle izolátory. Až dosud však u materiálů s úzkým odstupem pásma, jako je křemík a další polovodičové materiály, nelze dosáhnout přesného ultrarychlého laserového zápisu. Lidé pracují na vytvoření více podmínek pro aplikaci 3D laserového zápisu v Silicon Photonics a studium nových fyzikálních jevů v polovodičích, aby se rozšířil obrovský trh aplikací křemíku.
V tomto experimentu vědci zjistili, že i když femtosekundové lasery technicky zvýší energii laseru na maximální intenzitu pulzu, objem křemíku nelze strukturálně zpracovat. Nicméně, když jsou femtosekundové lasery nahrazeny ultrarychlými lasery, neexistuje žádné fyzické omezení ve funkci induktorových křemíkových struktur. Zjistili také, že laserová energie musí být přenášena rychlým způsobem v médiu, aby se minimalizovala ztráta nelineární absorpce. Problémy, se kterými se setkali v předchozí práci, pocházely z malé numerické apertury (NA) laseru, což je úhlový rozsah, ve kterém může být laser promítán, když je vysílán a zaostřován. Výzkumníci vyřešili problém numerické apertury použitím silikonové koule jako pevného imerzního média. Když je laser zaostřen na střed koule, lom křemíkové koule je zcela potlačen a numerická apertura se značně zvětší, čímž je vyřešen problém zápisu křemíkových fotonů.
Ve skutečnosti v aplikacích křemíkové fotoniky může 3D laserový zápis značně změnit design a výrobní metody v oblasti křemíkové fotoniky. Křemíková fotonika je považována za další revoluci mikroelektroniky, která ovlivňuje konečnou rychlost zpracování dat laserem na úrovni čipu. Vývoj technologie 3D laserového zápisu otevírá dveře do nového světa mikroelektroniky.