长三角G60激光联盟导读据悉，法国LP3实验室的研究人员开发了一种基于光的技术，用于半导体芯片三维空间中任何地方的局部材料加工。
新功能的直接激光写入为利用地下空间获得更高的积分密度和额外功能提供了可能性。
当来自超快激光器的强光聚焦在半导体内部时，沿着光束路径的高效非线性电离会产生不透明等离子体，阻止在聚焦附近达到足够的能量局部化，从而无法写入材料。
法国国家科学研究中心（CNRS，LP3实验室）的研究人员发现了解决这一重要工程问题的新方法。
通过分裂红外超快脉冲的能量以形成强度较小的脉冲的超快爆发，证明了激发的更好局部化。
使用足够快的脉冲串，它们可以积累足够的能量，以超过材料修改阈值，从而在半导体芯片内部局部添加新功能。
半导体仍然是与手机、汽车、机器人和许多其他智能设备等现代设备集成的电子产品的骨干材料。
在对小型化和强大芯片的持续需求的推动下，当前的半导体制造技术面临着越来越大的压力。
占主导地位的制造技术，光刻，由于其表面加工性质，在完全解决这些挑战方面具有很强的局限性。
出于这个原因，非常需要一种在晶圆表面下制造结构的解决方案的出现，以便可以利用材料内部的全部空间。
LP3研究人员在《国际极限制造杂志》上发表了他们的最后一份报告，展示了在各种半导体材料内部制造嵌入式结构的新功能。
他们展示了硅和砷化镓的成功制造，这是微电子工业的两种重要材料，无法用传统的超快激光器进行3D加工。
用于产生“square”(a)或时间不对称脉冲序列(b)的双折射晶体结构。
双折射晶体用蓝色表示，上边是快轴的角度，半波片用绿色表示，而偏光器用橙色表示，上边是透射角。
脉冲序列的时间形状用红色表示，其偏振角在顶部。
第一个要求是正确选择波长，以便光可以穿透半导体材料。
在这项研究中，使用的波长是红外线，与用于电信应用的波长非常相似，因此半导体是一种完全透明的材料。
在欧洲地平线项目“超快激光材料改性的极光种子控制”的框架内，该团队不断努力将激光加工的当前光谱扩展到从紫外到红外甚至更长波长的更广泛范围。
在这项研究中，标准电信或所谓的SWIR波长被迅速确定为半导体内部3D加工的优秀候选者。
虽然解决了适当波长的技术问题，但仍有一些其他物理限制需要解决。
根据材料加工的要求，通过使用强光，窄间隙材料内部的高效非线性电离会在材料内部产生自由电子。
这将迅速将任何半导体转化为类似金属的材料，这使得光不可能在物质深处传播。
这种转变会恶化聚焦过程，并防止使用超快激光进行材料改性。
（a） GaAs内部激光聚焦和发光显微镜诊断装置的几何结构。
（b）通过单脉冲激励获得的发光图像的示例。
激光传播方向由k矢量表示。
用于激励的能量和图像的尺度被写在图像周围。
请注意垂直轴和水平轴之间的比例为2:1。
除非另有规定，否则本手稿中所有图像的比例相同。
颜色贴图表示贴图中的像素值（任意单位）。
为了解决这个问题，该团队建议使用非常规的超快脉冲串来规避金属化转变。
为了解释这一发现，本文的主要研究人员之一Andong Wang博士说：“以前的研究使用了太强的光脉冲，太容易激发电子。
在这里，我们没有使用强光脉冲，而是将脉冲能量分成大量较弱的脉冲，重复速度极快。
这些脉冲序列，也称为脉冲串，将在光聚焦之前避免强脉冲激发。
此外，脉冲将非常快速地重复，以便传递的激光能量可以有效地积累以穿过修饰。
（a）–（c）由不同脉冲能量（写在顶部）和不同脉冲序列（写在左侧）激发的发光图。
每个图像由写在图像底部的字母表示。
k矢量表示激光的传播方向。
（d），（e）根据写在图像底部的字母在较高能量图上减去较低能量图。
（f）发光图像都是从脉冲串模式下208nJ能量的辐照获得的，改变了每个图像顶部所示的施加序列中的脉冲数。
（g）–（i）轴上发光强度信号（图像O中的白色虚线）。
黑色虚线表示几何焦点的位置（z=0μm）。
这项工作背后的团队负责人David Grojo博士评论说：“这为半导体内部的超快激光书写提供了第一个非常实用的解决方案。
下一步将是专注于这些材料内部可以实现的修改类型。
鉴于硅光子学的重要性日益增加，折射率工程无疑是一个重要的目标。
激光书写将提供直接数字制造当前制造技术无法实现的3D建筑材料的可能性。
未来，这些新的激光模式可能会彻底改变当今先进微芯片的制造方式。
（a）在脉冲串模式下，不同脉冲数的激光能量随捕获图像的峰值发光强度变化。
（b）通过Abel反演获得的横截面图像的对应峰值发光信号。
图（a）、（b）与右图所示图例相同。
（c）对于64个不同能级的脉冲序列（顶部标签），通过Abel反演（右侧）获得的捕获图像（左侧）和相应的横截面。
每个地图的尺寸为188μm（垂直方向）和38μm（水平方向）。
（d）对应的轴上发光曲线是64个脉冲串施加能量的函数。
