シリコンアプリケーションの新たな進歩

最近、フランス、カタール、ロシア、ギリシャの科学者であるMargaux Chanalが、Nature Communicationsの最新号で、バルクシリコンでの超高速レーザー書き込みのしきい値を超えるというタイトルの論文を発表しました。シリコンで超高速レーザーを作成する以前の試みでは、フェムト秒レーザーは、バルクシリコンを処理することが構造的に不可能であるという点で画期的な進歩を遂げました。極端なNA値を使用すると、レーザーパルスで十分なイオン化を実現してシリコンの化学結合を破壊し、シリコン材料の構造を永続的に変化させることができます。
1990年代後半から、研究者はフェムト秒レーザーの超短パルスを、通常は絶縁体であるワイドバンドギャップのバルク材料に書き込んでいます。しかし、これまで、シリコンやその他の半導体材料など、バンドギャップの狭い材料では、正確な超高速レーザー書き込みを実現できませんでした。人々は、シリコンアプリケーションの巨大な市場を拡大するために、シリコンフォトニクスでの3Dレーザー書き込みのアプリケーションと半導体での新しい物理現象の研究のためのより多くの条件を作成するために取り組んできました。
この実験で、科学者たちは、フェムト秒レーザーが技術的に最大パルス強度までレーザーエネルギーを増加させたとしても、バルクシリコンを構造的に処理できないことを発見しました。ただし、フェムト秒レーザーを超高速レーザーに置き換える場合、インダクターシリコン構造の動作に物理的な制限はありません。彼らはまた、非線形吸収の損失を最小限に抑えるために、レーザーエネルギーを媒体内で高速に伝送する必要があることも発見しました。以前の研究で遭遇した問題は、レーザーの小さな開口数（NA）に起因していました。これは、レーザーが透過および集束されるときにレーザーを投影できる角度範囲です。研究者たちは、固体浸漬媒体としてシリコン球を使用することにより、開口数の問題を解決しました。レーザーを球の中心に集束させると、シリコン球の屈折が完全に抑制され、開口数が大幅に増加するため、シリコン光子の書き込みの問題が解決されます。
実際には、シリコンフォトニクスの用途では、3Dレーザ書き込みが大きくシリコンフォトニクスの分野における設計および製造方法を変更することができます。シリコンフォトニクスは、チップレベルでのレーザの最終的なデータ処理速度に影響を与える、マイクロエレクトロニクスの次の回転とみなされます。 3Dレーザ書き込み技術の開発は、マイクロエレクトロニクスのための新しい世界への扉を開きます。