Исследователи из лаборатории LP3 во Франции разработали световой метод для локальной обработки материалов в любом месте трехмерного пространства полупроводниковых чипов. Прямое лазерное написание новых функций открывает возможность использовать подповерхностное пространство для более высокой плотности интеграции и дополнительных функций.
Полупроводники остаются основой электроники, интегрированной в современные устройства, такие как мобильные телефоны, автомобили, роботы и многие другие интеллектуальные устройства. Из-за постоянной потребности в миниатюрных и мощных чипах современные технологии производства полупроводников сталкиваются с растущим давлением.
Доминирующая технология производства, литография, имеет серьезные ограничения при решении этих проблем, учитывая характер обработки поверхности. По этой причине решение по изготовлению структур под поверхностями пластин было бы весьма желательным, чтобы можно было использовать все пространство внутри материалов.
Публикуя свой отчет в International Journal of Extreme Manufacturing , исследователи LP3 демонстрируют изготовление встроенных структур внутри различных полупроводниковых материалов, включая Si и GaAs — два важных материала для микроэлектронной промышленности, которые нельзя обрабатывать в 3D с помощью обычных сверхбыстрых лазеров.
Первым требованием является правильный выбор длины волны, чтобы свет мог проникать через полупроводниковый материал. В этом исследовании используется длина волны в инфракрасном диапазоне, очень похожая на ту, которая используется в телекоммуникационных приложениях, поэтому полупроводники представляют собой полностью прозрачный материал.
В рамках проекта European Horizon «Extreme-Light Seeded Control of Ultrafast Laser Material Modifications» команда постоянно прилагала усилия для расширения существующего спектра лазерной обработки до более широкого диапазона от УФ до инфракрасного и даже более длинных длин волн . В этом исследовании стандартные телекоммуникационные или так называемые длины волн SWIR были быстро определены как отличные кандидаты для трехмерной обработки внутри полупроводников.
Хотя техническая проблема с соответствующей длиной волны была решена, есть некоторые другие физические ограничения, которые необходимо решить. При использовании интенсивного света, необходимого для обработки материалов, высокоэффективная нелинейная ионизация внутри материалов с узким зазором создает свободные электроны внутри материала. Это быстро превратит любой полупроводник в металлоподобные материалы, что сделает невозможным распространение света глубоко внутри вещества. Этот переход ухудшает процесс фокусировки и препятствует возникновению модификации материала с помощью сверхбыстрых лазеров.
Чтобы решить эту проблему, команда предложила использовать нетрадиционные сверхбыстрые всплески импульсов, чтобы обойти переход металлизации. Объясняя это, доктор Андонг Ван, один из главных исследователей этой статьи, говорит: «В предыдущих исследованиях использовались слишком сильные световые импульсы, которые слишком легко возбуждали электроны. Здесь, вместо использования сильных световых импульсов, мы разделили энергию импульса на большое количество более слабых импульсов с чрезвычайно высокой частотой повторения. Эти последовательности импульсов, также называемые всплесками, позволяют избежать сильного импульсного возбуждения до того, как свет будет сфокусирован. Кроме того, импульсы будут повторяться очень быстро, так что подаваемая лазерная энергия может эффективно накапливаться для пересечь модификацию.»
Руководитель группы, стоящей за этой работой, д-р Дэвид Грохо, говорит: «Это первое очень практичное решение для сверхбыстрой лазерной записи внутри полупроводников. Следующим шагом будет концентрация на типе модификаций, которые могут быть достигнуты внутри этих материалов». Разработка индексов, безусловно, является важной целью, учитывая растущее значение кремниевой фотоники. Лазерная запись предоставит возможность прямого цифрового изготовления материалов для трехмерной архитектуры, недоступных для современных производственных технологий».
Дополнительная информация: Андонг Ван, Пол Сопенья и Дэвид Грохо, Пакетный режим позволил сверхбыстрой лазерной маркировке внутри арсенида галлия, Международный журнал экстремального производства (2022 г.). DOI: 10.1088/2631-7990/ac8fc3
Будьте в курсе в удобном формате, присоединяйтесь: TG-канал и ВК
Бесплатная служба распространения новостей для научных организаций и стартапов
hello@technovery.com