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红外光的快速爆发为半导体芯片内部的 3D 处理开辟了道路
- 分类:新闻
- 发布时间:2022-11-09 10:48
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当来自超快激光器的强光聚焦在半导体内部时,沿光束路径的高效非线性电离会产生不透明的等离子体,从而阻止在焦点附近达到足够的能量局部化以进行材料写入。法国国家科学研究中心(CNRS,LP3 实验室)的研究人员找到了解决这一重要工程问题的新解决方案。通过分裂红外超快脉冲的能量以形成较弱脉冲的超快突发,证明了更好的激发定位。使用足够快的爆发,它们积累足够的能量来跨越材料修改阈值,从而在半导体芯片内局部添加新功能。
图片来源:Andong Wang、Pol Sopeña 和 David Grojo
法国 LP3 实验室的研究人员开发了一种基于光的技术,用于在半导体芯片的三维空间中的任何地方进行局部材料加工。新功能的直接激光写入开启了利用亚表面空间实现更高集成密度和额外功能的可能性。
半导体仍然是与现代设备(如手机、汽车、机器人和许多其他智能设备)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。
鉴于其表面处理性质,主导的制造技术光刻技术在应对这些挑战时具有很大的局限性。出于这个原因,非常需要一种在晶片表面下制造结构的解决方案,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》上发表了他们的报告,展示了在各种半导体材料中制造嵌入式结构,包括 Si 和 GaAs——这是微电子行业的两种重要材料,不能用传统的超快激光器进行 3D 加工。
第一个要求是正确选择波长,使光能够穿透半导体材料。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”的框架下,该团队不断努力将当前的激光加工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 处理的优秀候选者。
虽然合适波长的技术问题已经解决,但还有一些其他的物理限制需要解决。通过使用强光,根据材料加工的要求,窄间隙材料内部的高效非线性电离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金属材料,这使得光无法在物质内部深处传播。这种转变会恶化聚焦过程并防止使用超快激光发生材料改性。
为了解决这个问题,该团队提出使用非常规的超快脉冲来规避金属化转变。本文的主要研究者之一王安东博士解释说:“以前的研究使用太强的光脉冲,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具有极快重复率的较弱脉冲。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到穿越修改。”
这项工作背后的团队负责人David Grojo博士说:“这为半导体内部的超快激光写入提供了第一个非常实用的解决方案。下一步将集中在这些材料内部可以实现的改性类型上。鉴于硅光子学日益增长的重要性,折射率工程无疑是一个重要的目标。激光写入将提供当前制造技术无法实现的3D建筑材料的直接数字制造的可能性。在未来,这些新的激光形式可能会彻底改变当今先进微芯片的制造方式。”
来源:TECHXPLORE
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