Three dimensional processing of silicon with pulsed lasers for optical applications

Abstract

Lazerlerle silikon işleme uzun yıllar üzerinde çok sayıda çalışma yapılan bir konu oldu. Şimdiye kadar silikonun yüzeyine zarar vermeden, yüzey altı yapılar oluşturma çalışmaları başarıyla sonuçlanmadı. Böyle bir kabiliyetin olması, elektronik ve fotonik elemanların aynı optoelektronik çipin üzerinde birleşmesine elvererek yeni nesil mikroişlemcilerin yolunu açabilir. Bu çalışmada, silikonun yüzey altında yapısal değişiklik oluşturmak için kullanılabilecek maskesiz, ışıkla tetiklenen bir yöntem sunuyoruz. Atımlı kızıl-ötesi lazerlerin kullanıldığı bu yöntemle sadece kesiksiz, kontrol edilebilirliği yüksek yüzey-altı yapılar yapmakla kalmayıp, bu yapılarla iki optik uygulama gerçekleştirdik. Silikonun içine bilgi kodlayarak, onu bir optik depolama ortamı olarak kullanmak ve kızıl-ötesi bölgede çalışan optik bileşen inşa etmek, ortaya çıkardığımız uygulamalardan. Bu özgün silikon işleme teknolojisinin silikon yongaları, güneş pillerini de içeren çok sayıda alanda faydalı olacağinı düşünüyoruz.

Micromachining of silicon with lasers is being investigated for the last three decades. Until now, interior silicon modification without inscribing the surface has not resulted in success. Such an ability could enable disruptive technologies in nanophotonics by paving the way for producing monolithic optoelectronic chips. Here, we report a maskless, one step photo-induced method to generate subsurface modifications in silicon with pulsed infrared lasers for indefinitely large areas. We demonstrate continuous, highly controllable structures buried in the bulk of silicon wafers and investigate the underlying mechanism. Further, we utilize the method for spatial information encoding and fabrication of optical components in the infrared regime in silicon. This silicon processing technology can be useful in various applications, including multilayer silicon chips, solar cells and optofluidics.