Recentemente, Margaux Chanal, uno scienziato di Francia, Qatar, Russia e Grecia, ha pubblicato un articolo intitolato Crossing the threshold of ultrafast laser writing in bulk silicon nell'ultimo numero di Nature Communications. In precedenti tentativi di scrivere laser ultraveloci in silicio, i laser a femtosecondi hanno fatto passi avanti nell'incapacità strutturale di elaborare silicio sfuso. L'uso di valori NA estremi consente agli impulsi laser di raggiungere una ionizzazione sufficiente a distruggere i legami chimici nel silicio, portando a cambiamenti strutturali permanenti nei materiali di silicio.
Dalla fine degli anni '90, i ricercatori hanno scritto impulsi ultracorti di laser a femtosecondi in materiali sfusi con ampio gap di banda, che di solito sono isolanti. Ma finora, per i materiali con gap di banda stretto, come il silicio e altri materiali semiconduttori, non è possibile ottenere una scrittura laser ultraveloce precisa. Le persone hanno lavorato per creare più condizioni per l'applicazione della scrittura laser 3D nella fotonica del silicio e lo studio di nuovi fenomeni fisici nei semiconduttori, in modo da espandere l'enorme mercato delle applicazioni del silicio.
In questo esperimento, gli scienziati hanno scoperto che anche se i laser a femtosecondi aumentano tecnicamente l'energia laser alla massima intensità dell'impulso, il silicio sfuso non può essere elaborato strutturalmente. Tuttavia, quando i laser a femtosecondi vengono sostituiti da laser ultraveloci, non vi è alcuna limitazione fisica nel funzionamento delle strutture di silicio dell'induttore. Hanno anche scoperto che l'energia laser deve essere trasmessa in modo rapido nel mezzo per ridurre al minimo la perdita di assorbimento non lineare. I problemi incontrati nel lavoro precedente derivavano dalla piccola apertura numerica (NA) del laser, che è l'intervallo di angoli in cui il laser può essere proiettato quando viene trasmesso e focalizzato. I ricercatori hanno risolto il problema dell'apertura numerica utilizzando la sfera di silicio come mezzo di immersione solido. Quando il laser è focalizzato al centro della sfera, la rifrazione della sfera di silicio viene completamente soppressa e l'apertura numerica viene notevolmente aumentata, risolvendo così il problema della scrittura dei fotoni di silicio.
Infatti, nelle applicazioni di fotonica del silicio, la scrittura laser 3D può cambiare notevolmente i metodi di progettazione e fabbricazione nel campo della fotonica del silicio. La fotonica del silicio è considerata la prossima rivoluzione della microelettronica, in quanto influisce sulla velocità finale di elaborazione dei dati del laser a livello di chip. Lo sviluppo della tecnologia di scrittura laser 3D apre le porte a un nuovo mondo per la microelettronica.
