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近日，研究人員宣布開發出一種直接激光寫入技術，可以在半導體芯片的3D空間內實現局部材料處理。據悉，該方法可以利用芯片的子晶圓表面空間實現更高的集成密度，并提供額外的新功能。

半導體應用非常廣泛，然而市場對小型化和強大芯片的需求不斷攀升，目前的半導體制造技術正面臨越來越大的壓力。據來自法國LP3 Laboratory研究人員稱，當下主流的制造技術——光刻技術在完全解決這些挑戰方面存在很大的局限性。基于這個原因，他們認為能夠實現在晶圓表面下制造結構將成為一大關鍵突破口，這樣就可以充分利用材料內部的空間。

法國LP3 Laboratory團隊的研究人員通過新開發的直接激光寫入技術證明了這種能力，該技術使他們能夠在各種半導體材料中制造嵌入結構。近期，相關已發表在《國際極限制造雜志》（the International Journal of Extreme Manufacturing）雜志上。

圖片來源：LP3 Laboratory

顏團隊表示：“激光書寫將為完成當下制造技術無法實現的挑戰，為3D建造材料的直接數字化制造提供可能。在未來，這些新的激光形態可能會極大地改變目前先進微芯片的制造方式。”

在實驗過程中，他們成功地對Si和GaAs這兩種材料進行了晶圓表面下修飾。Si和GaAs是微電子工業的兩種重要材料，以往無法用傳統的超快激光脈沖來對它們進行3D加工。難點就在于強光在窄隙材料內部產生了高效的非線性電離，產生的自由電子能迅速將任何半導體轉化為類金屬材料，從而使光無法在物質內部深處傳播。這種躍遷惡化了聚焦過程，并阻止了使用超快激光器進行晶圓表面下半導體材料改性的發生。

為了解決這個問題，研究小組使用了非常規的超快短波紅外脈沖（SWIR）來繞過金屬化轉變。

據分析，以往的研究使用了太強的光脈沖，以至于太容易激發電子活躍狀態。他們沒有使用強光脈沖，而是將脈沖能量分解為大量重復頻率極快的較弱脈沖。這些脈沖序列（也被稱為脈沖），將在光聚焦之前避免強脈沖激發。此外，脈沖將非常快速地重復，因此傳輸的激光能量可以有效地積累，并穿透過修飾層。

據研究人員稱，他們的這項研究成果為半導體材料內的超快激光寫入提供了第一個“非常實用”的解決方案。下一步他們將專注于可以在這些材料內部實現的改造類型，折射率的把控方面將成為關鍵挑戰目標。