科技前瞻

矽內部奈米結構技術突破,有望應用於電子與光子學

比爾肯特大學的研究團隊在奈米技術領域取得了突破性進展,開發出一種能在矽晶片內部創建奈米結構的技術。這項創新方法超越了傳統的表面層奈米製造限制,為電子學和光子學開啟了新的可能性。

矽作為現代技術的支柱,由於現有光刻技術的限制,傳統上只能進行表面層的改造。然而,比爾肯特大學的團隊受理查·費曼的名言「在底層有充足的空間」啟發,突破了奈米製造的界限。

這種新技術利用空間光調製,創造出一種特殊的「雷射脈衝」,能夠深入矽晶片而不造成表面改變。這種非衍射雷射束克服了「光學散射」效應,實現了精確的能量沉積,形成非常小的局部空洞。

這些初始空洞作為種子,增強了周圍的電磁場,促進了進一步的奈米結構創建。這種方法實現了100奈米以下的特徵尺寸,相較於現有技術有顯著提升。

「我們現在可以在矽內部製造奈米光子元件,如高效率的奈米光柵,」研究的領導者之一Tokel教授解釋道。「這項突破允許我們在材料內部實現『亞波長控制』。」

特殊「雷射脈衝」克服「光學散射」深入矽晶片不造成表面改變

空間調制的奈秒雷射脈衝用於在矽晶片內部創建不衍射光束,這些光束能在矽內深處形成平面奈米圖案,且不影響晶片上下結構。這些奈米圖案能精確地控制對齊和對稱性,並可以大面積覆蓋,提供了新的奈米光刻技術。(圖/《自然通訊》)

研究團隊展示了他們的技術能夠進行大面積的體積奈米結構製造,並用埋入式奈米光子元件證明了這一概念。這一進展有可能顛覆奈米級系統的發展,為超表面、超材料、光子晶體,甚至3D集成電子–光子系統的應用鋪平道路。

該研究的首席作者Sabet博士強調,雷射脈衝的極化控制對奈米結構的精確對齊和對稱性至關重要。這種能力對創建多樣且高精度的奈米陣列至關重要。

研究人員相信,這種新的製造範式將在電子學和光子學領域帶來令人興奮的應用,因為它允許在矽這種重要材料中實現前所未有的設計自由。

這項研究發表在《自然通訊》期刊上。

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首圖來源:Unsplash cc By 4.0 

圖片來源:Nature Communications cc By 4.0 

參考論文:
1. Laser nanofabrication inside silicon with spatial beam modulation and anisotropic seedingNature Communications

延伸閱讀:

1.窺視大腦深處:奈米科技開啟神經成像新紀元