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Nuevos avances en aplicaciones de silicio

2021-03-31
Recientemente, Margaux Chanal, científica de Francia, Qatar, Rusia y Grecia, publicó un artículo titulado Cruzando el umbral de la escritura láser ultrarrápida en silicio a granel en el último número de Nature Communications. En intentos anteriores de escribir láseres ultrarrápidos en silicio, los láseres de femtosegundos han hecho avances en la incapacidad estructural para procesar silicio a granel. El uso de valores extremos de NA permite que los pulsos de láser logren una ionización suficiente para destruir los enlaces químicos en el silicio, lo que lleva a cambios estructurales permanentes en los materiales de silicio.
Desde finales de la década de 1990, los investigadores han estado escribiendo pulsos ultracortos de láseres de femtosegundos en materiales a granel con una banda prohibida ancha, que generalmente son aislantes. Pero hasta ahora, para materiales con banda prohibida estrecha, como el silicio y otros materiales semiconductores, no se puede lograr una escritura láser ultrarrápida precisa. La gente ha estado trabajando para crear más condiciones para la aplicación de escritura láser 3D en Silicon Photonics y el estudio de nuevos fenómenos físicos en semiconductores, a fin de expandir el enorme mercado de aplicaciones de silicio.
En este experimento, los científicos descubrieron que incluso si los láseres de femtosegundo aumentan técnicamente la energía del láser a la máxima intensidad de pulso, el silicio a granel no se puede procesar estructuralmente. Sin embargo, cuando los láseres de femtosegundo se reemplazan por láseres ultrarrápidos, no hay limitación física en el funcionamiento de las estructuras de silicio del inductor. También descubrieron que la energía láser debe transmitirse de forma rápida en el medio para minimizar la pérdida de absorción no lineal. Los problemas encontrados en trabajos anteriores se originaron en la pequeña apertura numérica (NA) del láser, que es el rango de ángulo en el que se puede proyectar el láser cuando se transmite y se enfoca. Los investigadores resolvieron el problema de la apertura numérica utilizando esferas de silicio como medio de inmersión sólido. Cuando el láser se enfoca en el centro de la esfera, la refracción de la esfera de silicio se suprime por completo y la apertura numérica aumenta considerablemente, resolviendo así el problema de la escritura de fotones de silicio.
De hecho, en las aplicaciones de fotónica de silicio, la escritura láser 3D puede cambiar en gran medida los métodos de diseño y fabricación en el campo de la fotónica de silicio. La fotónica de silicio se considera la próxima revolución de la microelectrónica y afecta la velocidad final de procesamiento de datos del láser a nivel de chip. El desarrollo de la tecnología de escritura láser 3D abre la puerta a un nuevo mundo para la microelectrónica.