自90年代末以來(lái)，研究人員一直在將飛秒激光器的超短脈沖寫(xiě)入具有寬帶隙的塊狀材料中，這些材料通常是絕緣體。但到目前為止，對于具有窄帶隙的材料，如硅和其他半導體材料，精密超快激光寫(xiě)入還是不能實(shí)現的。人們一直致力于為3D 激光寫(xiě)入在硅光子學(xué)中的應用以及半導體中新物理現象的研究創(chuàng )造更多條件，從而拓展硅應用的巨大市場(chǎng)。
近日，來(lái)自于法國、卡塔爾、俄羅斯和希臘的科學(xué)家Margaux Chanal等人在最新一期的《自然通訊》（Nature Communications）雜志上發(fā)表了一篇名為《Crossing the threshold of ultrafast laser writing in bulk silicon》的論文。論文中表示，之前在硅中進(jìn)行超快速激光寫(xiě)入的嘗試中，飛秒激光器在結構上無(wú)法對體硅進(jìn)行處理的問(wèn)題得到了突破，采用極端NA值允許激光脈沖可實(shí)現足夠的電離破壞硅中化學(xué)鍵，導致硅材料永久性結構改變。
此次試驗中，科學(xué)家發(fā)現，飛秒激光器即使將激光能量提高到技術(shù)上的最大脈沖強度在結構上仍然無(wú)法對體硅進(jìn)行處理。不過(guò)，將飛秒激光器替換成超快激光時(shí)，在誘導體硅結構操作中沒(méi)有受到物理上的限制。他們還發(fā)現激光能量必須以快速的方式在介質(zhì)中傳輸，以便使非線(xiàn)性吸收的損失最小化。原來(lái)之前工作時(shí)遇到的問(wèn)題源于激光器的小數值孔徑（NA），也就是激光傳輸聚焦時(shí)可以投射的角度范圍?？蒲腥藛T通過(guò)采用硅球作為固體浸入介質(zhì)解決了數值孔徑問(wèn)題。當將激光聚焦在球體的中心時(shí)，硅球完全抑制折射大大增加數值孔徑，從而解決了硅光子寫(xiě)入問(wèn)題。
事實(shí)上，在硅光子應用中，進(jìn)行3D激光寫(xiě)入將可能大大改變硅光子學(xué)領(lǐng)域中設計和制備的方法。而硅光子學(xué)則被視為微電子學(xué)的下一場(chǎng)革命，影響著(zhù)激光在芯片級別的最終數據處理速度，這一3D激光寫(xiě)入技術(shù)的研發(fā)為微電子學(xué)打開(kāi)了新世界的大門(mén)。
