法国国家科学研究中的一组研究人员最近研究一种方法，可以在由硅或砷化镓制成的半导体芯片的三维空间内的任何地方进行3D激光写入，微电子工业可以利用整个芯片表面。
当超快激光器的强光聚焦在半导体内时，沿光束路径的高效非线性电离产生不透明等离子体，阻止其达到足够的能量局域化以进行材料写入。该团队的方法绕过了这些强非线性效应与超快脉冲爆发（见上图）。
实验室研究员王安东说：“我们使用的脉冲具有太赫兹重复频率，这意味着两个相邻脉冲之间的时间是亚皮秒。”
这个时间刻度比眨眼除以十亿的时间短得多。激光能量从这种超快爆发中获益，并且可以有效地从一个脉冲积累到另一个脉冲，直到材料改性开始。它使研究人员能够在各种半导体中写出三维结构。
这项工作的团队负责人大卫·格罗霍(DavidGrojo)介绍，我们的工作是由开发适用于半导体芯片的3D激光写入技术的长期挑战所驱动的。
它有潜力将半导体制造业从目前使用平面平版光刻技术制造的2D世界，转向高密度三维集成器件。
作为第一个目标，该团队展示了利用红外线（IR）在半导体材料内部制造结构的能力。超快激光器（半导体材料无法通过当今传统的超快激光进行3D加工）。“我们研究的基础是激光直写（LDW）这一重要技术，”王说。“使用这种技术，我们将更强的激光聚焦在材料内部来“燃烧”它。激光和聚焦方面都经过精心设计，因此"燃烧"过程受到高度控制，以获得材料内部的3D结构。”
为此，他们使用标准的电信或短波红外（SWIR）波长对半导体内部进行3D处理，从而穿透材料，使半导体完全透明。
作为欧洲地平线项目超快激光材料改性的极光种子控制的一部分，该团队正在继续之前的工作，将目前的激光加工光谱扩展到更宽的范围——从紫外线到红外线，甚至更长的波长。
值得注意的是，LDW技术并不是新技术，它已经被广泛用于制造玻璃材料中的三维结构。但将LDW技术应用于半导体会产生与玻璃截然不同的材料响应。
“由于窄禁带半导体的固有特性，包括强烈的非线性传播效应，这阻止了足够的能量局域化来永久修改半导体，实现材料写入更具挑战性，”Wang说。
研究人员说，他们最近的工作中最酷的部分是极高的重复频率，这有助于解决激光在半导体中传播过程中的非线性问题。
另一个有趣的方面是，他们成功地获得了最快的飞秒脉冲与巧妙的设计排列的晶体(见上图)。这导致了一个简单而紧凑的技术解决方案，该小组现在希望这将激励其他研究人员，感谢使用脉冲模式辐照(见下图)的高性能激光加工解决方案的机加工或切割。
现在这个团队已经展示了在半导体内部制造3D结构的能力，它为许多微电子应用打开了大门。
该团队已经证明了编写修改体素三维阵列的可能性，可以从硅内部的任何地方直接衍生出新的光学数据存储技术，硅是微电子芯片中的衬底材料(平台)。
对于短期应用，它可以用于新的晶片处理解决方案--例如，以可控的3D方式制造缺陷的方式，作为一种非常有效的骰子处理方法。
Grojo计划下一步集中精力实现修改的性质以及在这些材料中控制其类型的方式。这个问题对折射率工程很重要，考虑到硅光子学的重要性，折射率工程无疑是一个重要的目标。激光写入将提供一种独特的可能性，直接和数字制造三维建筑整体光子学系统，无法获得目前的制造技术。未来，这些新的激光模式可能会极大地改变先进微芯片的制造方式。