Onlangs publiceerde Margaux Chanal, een wetenschapper uit Frankrijk, Qatar, Rusland en Griekenland, een paper met de titel Crossing the threshold of ultrafast laser writing in bulk silicon in het laatste nummer van Nature Communications. Bij eerdere pogingen om ultrasnelle lasers in silicium te schrijven, hebben femtosecondelasers doorbraken bereikt in het structurele onvermogen om bulksilicium te verwerken. Door het gebruik van extreme NA-waarden kunnen laserpulsen voldoende ionisatie bereiken om chemische bindingen in silicium te vernietigen, wat leidt tot permanente structurele veranderingen in siliciummaterialen.
Sinds het einde van de jaren negentig schrijven onderzoekers ultrakorte pulsen van femtoseconde lasers in bulkmaterialen met een brede bandgap, die meestal isolatoren zijn. Maar tot nu toe, voor materialen met een smalle bandgap, zoals silicium en andere halfgeleidermaterialen, kan nauwkeurig ultrasnel laserschrijven niet worden bereikt. Men heeft gewerkt om meer voorwaarden te scheppen voor de toepassing van 3D-laserschrijven in Silicium Photonics en de studie van nieuwe fysische fenomenen in halfgeleiders, om zo de enorme markt van siliciumtoepassingen uit te breiden.
In dit experiment ontdekten wetenschappers dat zelfs als femtoseconde lasers de laserenergie technisch verhogen tot de maximale pulsintensiteit, het bulksilicium niet structureel kan worden verwerkt. Wanneer femtosecondelasers echter worden vervangen door ultrasnelle lasers, is er geen fysieke beperking in de werking van inductor-siliciumstructuren. Ze ontdekten ook dat laserenergie op een snelle manier in het medium moet worden overgedragen om het verlies aan niet-lineaire absorptie te minimaliseren. De problemen die we bij eerder werk tegenkwamen, kwamen voort uit de kleine numerieke apertuur (NA) van de laser, het hoekbereik waarin de laser kan worden geprojecteerd wanneer deze wordt uitgezonden en gefocusseerd. De onderzoekers losten het probleem van numerieke apertuur op door siliciumbol als vast immersiemedium te gebruiken. Wanneer de laser wordt gefocusseerd op het midden van de bol, wordt de breking van de siliciumbol volledig onderdrukt en wordt de numerieke apertuur aanzienlijk vergroot, waardoor het probleem van het schrijven van siliciumfotonen wordt opgelost.
In feite kan 3D-laserschrijven in siliciumfotonica-toepassingen de ontwerp- en fabricagemethoden op het gebied van siliciumfotonica aanzienlijk veranderen. Siliciumfotonica wordt beschouwd als de volgende revolutie van micro-elektronica, die de uiteindelijke gegevensverwerkingssnelheid van laser op chipniveau beïnvloedt. De ontwikkeling van 3D-laserschrijftechnologie opent de deur naar een nieuwe wereld voor micro-elektronica.
