ความก้าวหน้าใหม่ในการใช้งานซิลิคอน

เมื่อเร็วๆ นี้ Margaux Chanal นักวิทยาศาสตร์จากฝรั่งเศส กาตาร์ รัสเซีย และกรีซ ได้ตีพิมพ์บทความเรื่อง Crossing the threshold of ultrafast laser writing in bulk silicon ในวารสาร Nature Communications ฉบับล่าสุด ในความพยายามครั้งก่อนในการเขียนเลเซอร์ความเร็วสูงพิเศษในซิลิคอน เลเซอร์เฟมโตวินาทีได้ทำให้เกิดความก้าวหน้าในโครงสร้างที่ไม่สามารถประมวลผลซิลิกอนจำนวนมากได้ การใช้ค่า NA ที่รุนแรงช่วยให้พัลส์เลเซอร์ได้รับไอออไนซ์ที่เพียงพอเพื่อทำลายพันธะเคมีในซิลิกอน ซึ่งนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างถาวรในวัสดุซิลิกอน
นับตั้งแต่ช่วงปลายทศวรรษ 1990 นักวิจัยได้เขียนพัลส์เกินขีดของเลเซอร์เฟมโตวินาทีลงในวัสดุจำนวนมากที่มีแถบคาดกว้าง ซึ่งมักจะเป็นฉนวน แต่จนถึงตอนนี้ สำหรับวัสดุที่มีแถบคาดที่แคบ เช่น ซิลิกอนและวัสดุเซมิคอนดักเตอร์อื่นๆ การเขียนด้วยเลเซอร์ที่รวดเร็วเป็นพิเศษอย่างแม่นยำไม่สามารถทำได้ ผู้คนทำงานเพื่อสร้างเงื่อนไขเพิ่มเติมสำหรับการประยุกต์ใช้การเขียนด้วยเลเซอร์ 3 มิติในซิลิคอนโฟโตนิกส์และการศึกษาปรากฏการณ์ทางกายภาพใหม่ในเซมิคอนดักเตอร์เพื่อขยายตลาดขนาดใหญ่ของแอพพลิเคชั่นซิลิกอน
ในการทดลองนี้ นักวิทยาศาสตร์พบว่าแม้ว่าเลเซอร์เฟมโตวินาทีจะเพิ่มพลังงานเลเซอร์จนถึงความเข้มของพัลส์สูงสุดในทางเทคนิค แต่ซิลิคอนจำนวนมากก็ไม่สามารถดำเนินการตามโครงสร้างได้ อย่างไรก็ตาม เมื่อเลเซอร์เฟมโตวินาทีถูกแทนที่ด้วยเลเซอร์ที่เร็วมาก ไม่มีข้อจำกัดทางกายภาพในการทำงานของโครงสร้างซิลิกอนเหนี่ยวนำ พวกเขายังพบว่าพลังงานเลเซอร์จะต้องถูกส่งผ่านอย่างรวดเร็วในตัวกลางเพื่อลดการสูญเสียการดูดกลืนแบบไม่เป็นเชิงเส้นให้น้อยที่สุด ปัญหาที่พบในงานก่อนหน้านี้เกิดจากรูรับแสงตัวเลขขนาดเล็ก (NA) ของเลเซอร์ ซึ่งเป็นช่วงมุมที่เลเซอร์สามารถฉายได้เมื่อส่งและโฟกัส นักวิจัยได้แก้ปัญหารูรับแสงเชิงตัวเลขโดยใช้ซิลิคอนทรงกลมเป็นตัวกลางในการแช่ตัวที่เป็นของแข็ง เมื่อเลเซอร์ถูกโฟกัสที่ศูนย์กลางของทรงกลม การหักเหของทรงกลมซิลิกอนจะถูกระงับอย่างสมบูรณ์ และรูรับแสงที่เป็นตัวเลขจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก ซึ่งจะช่วยแก้ปัญหาการเขียนโฟตอนของซิลิคอน
ในความเป็นจริง ในการใช้งานซิลิคอนโฟโตนิกส์ การเขียนด้วยเลเซอร์ 3 มิติอาจเปลี่ยนวิธีการออกแบบและการผลิตในด้านซิลิคอนโฟโตนิกส์อย่างมาก ซิลิคอนโฟโตนิกส์ถือเป็นการปฏิวัติครั้งต่อไปของไมโครอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งส่งผลต่อความเร็วการประมวลผลข้อมูลขั้นสุดท้ายของเลเซอร์ที่ระดับชิป การพัฒนาเทคโนโลยีการเขียนด้วยเลเซอร์ 3 มิติเปิดประตูสู่โลกใหม่สำหรับไมโครอิเล็กทรอนิกส์