用激光制造芯片最新进展_激光_光子

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当代打算机芯片可以构建纳米级构造。
到目前为止，只能在硅晶片顶部形成这种眇小构造，但现在一种新技能可以在表面下的一层中创建纳米级构造。
该方法的发明者表示，它在光子学和电子学领域都有着广阔的运用前景，有朝一日，人们可以在全体硅片上制造3D 构造。

该技能依赖于硅对某些波长的光透明这一事实。
这意味着得当的激光可以穿过晶圆表面并与下面的硅相互浸染。
但设计一种既可以穿过表面又不会造成破坏、还能不才面进行精确纳米级制造的激光并不大略。

土耳其安卡拉比尔肯特大学的研究职员通过利用空间光调制来创建针状激光束，从而更好地掌握光束能量的分布位置，从而实现了这一目标。
通过利用激光和硅之间的物理相互浸染，他们能够制造具有不同光学特性的线和平面，这些线和平面可以组合起来在表面下创建纳米光子元件。

利用激光在硅片内部进行制造并非新鲜事。
但领导这项研究的比尔肯特大学物理学助理教授Onur Tokel阐明说，到目前为止，只能制造出微米级构造。
他说，将这种方法扩展到纳米级可以开释新的能力，由于它可以制造出与入射光波终年夜小相称的特色。
当这种情形发生时，这些构造会表现出一系列新颖的光学行为，除其他外，这使得制造超材料和超表面成为可能。

“硅是电子、光子学和光伏技能的基石， Tokel说。
“如果我们能在纳米级晶圆内部引入额外的功能，以补充这些现有的功能，这将带来一个完备不同的范例。
现在你可以想象在体积内干事，乃至可能终极在三维空间中干事。
我们相信这将开辟令人愉快的新方向。
”

以前的技能无法在纳米尺度上制造，由于激光一旦进入硅内部就会散射，很难精确地沉积能量。
在《自然通讯》杂志揭橥的一篇论文中，托克尔的团队展示了他们可以通过利用一种称为贝塞尔光束的分外激光来办理这个问题，这种激光不会发生衍射。
这意味着激光可以对抗光散射效应，在硅内部保持狭窄的聚焦，从而可以精确地沉积能量。

当激光照射到晶圆上时，会在光束聚焦的区域产生眇小的孔洞，即空隙。
Tokel说，以前的方法也涌现过这种情形，但聚焦更紧密的光束产生的较小空隙会表现出“场增强”效应，导致激光强度在它们周围增加。
这会改变空隙周围的硅构造，从而进一步增强增强效应，形成一个自持反馈回路。
该团队还创造，他们可以通过改变激光的偏振来改变场增强的方向。

终极结果是在硅片中创建出最小 100 纳米的二维平面或线状构造。
这些构造的折射率与晶圆的别的部分不同，但 Tokel 表示，目前还不完备清楚这些构造的组成。
根据之前的研究，他认为硅片的底层晶体构造可能已被修正。
他补充说，电子显微镜研究该当能够在未来澄清这一点，但终极没有必要理解这些构造的确切底层性子来创建有用的纳米光子元件。

为了证明这一点，研究职员制造了一种纳米级光子器件，称为布拉格光栅，可用作光学滤波器。
据该团队称，这是第一个完备埋在硅中的功能性纳米级光学元件。

德国耶拿大学研究员Maxime Chambonneau表示，研究职员能够实现纳米级特色非常了不起，由于 Tokel 团队利用的相对较长的激光脉冲常日会产生较大的热影响区，从而导致微尺度变革。
（Bilkent 团队采取以纳秒为单位的脉冲，而其他直接激光写入事情传统上涉及皮秒或飞秒激光。
）Chambonneau 表示，能够创建小于光波的特色可能会带来各种可能性，包括提高太阳能电池的能量网络能力。

由于该制造技能不会对晶圆表面造成任何改变， Tokel表示，未来该技能可用于制造多功能设备，电子元件位于表面，光子元件埋不才面。
该团队还在研究该方法是否可用于在芯片表面下雕刻微流体通道。
托克尔表示，通过这些通道泵送流体可以改进散热，从而有助于冷却电子设备并使其运行得更快。

Tokel表示，这种方法的最大限定在于研究职员无法精确掌握空洞在特定区域涌现的位置。
目前，一小部分空洞在激光束聚焦的区域等分布不屈均。
托克尔表示，如果他们能够更精确地定位这些空洞，他们就能在三维空间中进行纳米加工，而不仅仅是大略地生产出线条或平面。

“如果你能单独掌握这些东西，并将它们像链条一样分发，那么未来这将非常令人愉快，”他补充道。
“由于这样你将拥有更多的掌握权，这将使更丰富的元素或系统成为可能。
”

参考链接

https://spectrum.ieee.org/photonics-beneath-silicon-surface

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