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图1：研究职员及他们的试验装配。（图片来历：比尔肯特年夜学光子器件试验室）

土耳其比尔肯特年夜学的研究职员提出了一种于硅晶圆内部制造纳米布局的新要领。传统上，晶圆上的微布局加工，仅限在经由过程光刻技能于晶圆外貌加工纳米布局。

然而，除了了晶圆外貌外，晶圆内部还有有充足的空间可用在微布局制造，这恰是物理学传授Onur Tokel及他的团队选择使用的空间。Tokel传授团队的事情，为直接于硅晶圆内部举行纳米级制造开启了年夜门，更易引入进步前辈的光子学技能，甚至可能实此刻硅晶圆内完成3D纳米制造的胡想。

全息投影

Tokel传授的团队致力在挑战于硅晶圆内实现繁杂光学元件，以和冲破激光的固有衍射极限的限定。

于线性光学中，可实现的最小特性尺寸由衍射极限决议，衍射极限至多是激光波长的一半。假如咱们使用非线性效应，这类限定就会放宽。 Tokel说， 晶圆主体内的非线性效应，与激光脉冲的空间及时间漫衍紧密亲密相干。为了对于这些因素举行节制，咱们的团队利用了进步前辈的全息投影技能。

经由过程利用空间光调制器（SLM），他们可以孕育发生具备与贝塞尔函数相对于应的强度模式的激光脉冲。贝塞尔光束是一种非凡光，以无衍射的情势流传，于这类环境下，它可以或许实现切确的能量定位。这致使高暖和高压值，从而可以于小体积内对于硅举行改性。

Tokel注释说： 咱们发明全息技能可以将激光束整形为无衍射的贝塞尔光束，而不是传统的高斯光束，以于硅晶圆内部实现纳米制造。 无衍射光束降服了以前拦阻切确能量沉积的散射效应，而是于晶圆内孕育发生了极小的局部空地。

利用波长为1550nm的激光脉冲，晶圆于该波段是透明的，这象征着脉冲可以穿透硅晶圆而不转变其外貌。Tokel说： 这类要领会激发各类非线性效应，并致使局部能量沉积，从而实现纳米级的质料改性以和实现各类微布局的可能性。

图2：研究职员Rana Asgari Sabet于硅中举行激光写入试验。（图片来历：比尔肯特年夜学光子器件试验室）

研究职员遵照这一步调，孕育发生了一种新兴的播种效应（seeding effect）。于这类效应中，晶圆外貌下预先形成的纳米空地，于其临近区域周围孕育发生了强烈的场加强，以实现低至100nm的特性尺寸。它基在将硅晶圆内的激光脉冲能量定位到极小的体积（与纳米粒子的体积相称），然后使用近似在等离子体的新兴场加强效应。

研究职员展示了具备逾越衍射极限特性的年夜面积体纳米布局，以实现埋入纳米光子元件的观点验证。它为具备怪异架构的纳米级体系斥地了一条新门路。

Tokel认为，于硅晶圆中新呈现的设计自由度（逾越衍射极限特性及多维节制），将于电子及光子学中获得广泛运用，如超质料、超外貌、光子晶体、信息处置惩罚运用，甚至3D集成电子光子体系。

这项事情最酷的方面之一是，场加强一旦成立，就会经由过程播种机制（seeding mechanism）维持下去。激光偏振的利用进一步节制了纳米布局的摆列及对于称性，从而能以高精度创立各类纳米阵列。

无需掩膜

该小组所用要领的一个显著上风是：它是一种直接激光写入要领，这象征着消弭了对于任何掩模的需求，也消弭了传统纳米制造凡是所需的多个制造步调。

从这个意义上讲，繁杂性被转移到全息图上，全息图对于激光束举行空间调制。 Tokel说， 因为咱们利用了空间光调制器，全息图可以按照需要举行更改，从而增长了制造的动态规模。

偏振标的目的

该小组还有惊奇地发明，光刻布局体现出偏振标的目的。它与激光改性部门内纳米级空地的存于有关，近似在等离子体热门，但位在晶圆内部。Tokel说： 这很使人高兴，由于假如咱们能于三维空间中节制这些，它可能会实现一些主要运用。进步前辈的节制可以实现怪异的3D布局，进而可以将其转化为新型光学元件。想象一下，咱们可以充实自由地于晶圆内部摸索纳米标准光学元件，这将是一件何等使人高兴的事。

该团队已经经经由过程这类要领创立了多级体光栅。Tokel说： 原则上，这些类型的埋入式光学元件可以与外貌级器件相联合，这实现了咱们称之为 片内 （in-chip）的新制造范式。

将来，一个有趣的标的目的是整合。Tokel说： 咱们已经经于硅晶圆中展示了多级纳米制造，这使患上体布拉格光栅成为可能。原则上，这可以与外貌制造、硅光子学或者其他器件相联合。咱们可以应答硅光子学于光耦合方面的挑战，或者者想象多功效、多层级的器件。

图3：该小组试验室的广角视图。（图片来历：比尔肯特年夜学光子器件试验室）

需要更多的事情

Tokel夸大，他们的事情使受控的晶圆内部纳米制造的初始步调成为可能，但对于在差别的运用，还有有更多的事情要做。

将来的一年夜挑战是增强硅晶圆内的布局节制。Tokel指出， 虽然咱们可以制造纳米平面或者纳米线，但创立纳米级体素（像素的3D对于应物）仍旧凌驾了咱们今朝的能力规模。

另外一个挑战是实现相对于在未改性晶体矩阵的高光学折射率对于比，这对于在开发半导体内部的3D集成的光学元件、进步前辈波导、光子晶体或者元光学运用至关主要。Tokel暗示： 这些元素之间存于着巨年夜的潜于整合时机。晶圆内部有充足的空间，但仍有更多的事情要做。

运用远景

该小组此刻规划摸索光刻的基本局限性，这可以于将来转化为进步前辈的片内纳米运用。绝不希奇，这将需要对于体系的物理学有更深切的理解。 例如，于激光与质料的彼此作用历程中，咱们不雅察到初期的布局有助在后续布局的制造， Tokel说， 这类征象对于应在硅中的一种新播种效应（seeding effect），咱们但愿进一步使用这类效应。

除了此以外，该研究小组规划使用全息范畴的最新进展，如3D全息投影能力。Tokel增补道： 对于激光-半导体彼此作用体系的进一步节制，是一项使人高兴的挑战，它将为各类运用摊平门路。

文章来历：LPKF乐普科

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