MARSEILLE, France, 22 novembre 2022 — Alors que les semi-conducteurs constituent l’épine dorsale des technologies modernes, notamment les téléphones portables, les voitures, les robots et d’autres appareils, il existe un besoin constant de miniaturisation et de puissance. fritess exerce une pression croissante sur la technologie de fabrication des semi-conducteurs. La technologie dominante, la lithographie, est limitée dans sa capacité à relever ces défis, compte tenu de la nature de son traitement de surface. Lorsque la lumière intense d’un laser ultrarapide est focalisée à l’intérieur du semi-conducteur, l’ionisation non linéaire hautement efficace le long du trajet du faisceau crée un plasma opaque qui empêche d’obtenir une localisation d’une énergie suffisante près du foyer pour l’écriture de la matière.

Pour cette raison, une solution pour fabriquer la structure sous la surface de la plaquette serait souhaitable afin que tout l’espace à l’intérieur du matériau puisse être exploité.

Pour pallier ce problème d’ingénierie, des chercheurs du Laboratoire LP3, une unité mixte de recherche de l’Université d’Aix-Marseille et du Centre national de la recherche scientifique (CNRS) ont démontré la séparation énergétique d’impulsions infrarouges ultrarapides pour former des rafales ultrarapides d’impulsions moins intenses, démontrant ainsi une meilleure localisation de l’excitation. L’équipe fait la démonstration d’une technique basée sur la lumière pour le traitement local des matériaux n’importe où dans l’espace tridimensionnel d’une puce semi-conductrice. L’écriture laser directe de la nouvelle fonctionnalité ouvre la possibilité d’exploiter l’espace souterrain pour une densité d’intégration plus élevée et des fonctionnalités supplémentaires.

Des chercheurs du Centre national de la recherche scientifique (CNRS, Lab LP3) divisent l’énergie des impulsions infrarouges ultrarapides pour former des rafales ultrarapides d’impulsions moins intenses, afin d’obtenir une meilleure localisation de l’excitation. Une détonation d’une vitesse suffisante permet une accumulation d’énergie suffisante pour franchir le seuil de modification du matériau et, ainsi, ajouter localement une nouvelle fonctionnalité au sein de la puce semi-conductrice. Avec l’aimable autorisation d’Andong Wang, Pol Sopeña et David Grojo.

L’équipe a utilisé des longueurs d’onde infrarouges similaires à celles utilisées pour les télécommunications pour pénétrer les matériaux semi-conducteurs. Avec la bonne longueur d’onde choisie, l’équipe a dû surmonter une autre limitation physique – avec l’utilisation d’une lumière intense comme requis pour le traitement des matériaux, une ionisation non linéaire très efficace dans des matériaux à espace étroit crée des électrons libres dans le matériau. Cela convertirait rapidement tout semi-conducteur en un matériau semblable à un métal, l’empêchant de diffuser la lumière au plus profond du matériau. Cette transition aggrave le processus de focalisation et empêche la modification du matériau à l’aide d’un laser ultrarapide.

Pour surmonter cela, l’équipe a proposé d’utiliser des rafales d’impulsions ultrarapides non conventionnelles pour éviter les transitions métallisées.

Selon Andong Wang, chercheur sur la recherche, les démonstrations précédentes utilisaient des ondes lumineuses trop fortes et excitaient trop facilement les électrons. Dans des travaux récents, Wang et son équipe ont divisé l’énergie des impulsions en un grand nombre d’impulsions plus faibles avec des taux de répétition très rapides. « Ce train d’impulsions, également appelé rafale, évitera une forte excitation d’impulsion avant que la lumière ne soit focalisée », a déclaré Wang. « De plus, l’impulsion se répétera très rapidement afin que l’énergie laser délivrée puisse s’accumuler efficacement pour traverser la modification. »

Selon le chef d’équipe David Grojo, la démonstration offre la première solution très pratique pour l’écriture laser ultrarapide dans les semi-conducteurs. La prochaine étape, a déclaré Grojo, se concentrera sur les types de modifications pouvant être apportées au matériau.

« L’ingénierie de l’indice de réfraction est certainement une cible importante étant donné l’importance croissante de la photonique sur silicium », a déclaré Grojo. « L’écriture laser offrira la possibilité d’une fabrication numérique directe de matériaux architecturaux 3D inaccessibles aux technologies de fabrication actuelles. À l’avenir, cette nouvelle modalité laser pourrait radicalement changer la façon dont les micropuces avancées d’aujourd’hui sont fabriquées.

Cette recherche a été publiée dans Journal international de la fabrication extrême (www.dx.doi.org/10.1088/2631-7990/ac8fc3).