法国国家科学研究院David Grojo: 超高重频（THz）超快激光突破深硅加工阈值

硅材料是微电子芯片/硅光集成电路的核心材料，随着芯片集成化、多功能、高密度的发展趋势，迫切需求在硅材料内部实现三维多层加工。红外激光可以穿透体硅材料聚焦到材料内部，为深硅三维多层加工提供了有效手段。然而，近期的研究表明，硅内部加工规律与电介质内部加工规律完全不同，硅内部聚焦光斑的强度不会随着入射能量线性增加而是逐渐达到饱和，可激发的最高电子密度远低于临界电子密度，无法实现内部烧蚀。通过建模和泵浦探测表明，焦平面之前的等离子体是阻碍超快激光烧蚀的关键问题。

为了减少焦平面之前等离子体的产生，本论文作者提出了使用低能量、多数量、高重频的脉冲序列替代普通脉冲的方法，好处是通过减少脉冲能量可以减少前焦面的电子激发，实现焦点处载流子及热量的选择性累积。然而，发生累积的前提是重复频率足够高，本论文提出使用钒酸钇（YVO₄）双折射晶体组产生飞秒激光脉冲序列，重复频率高达5.6 THz，远高于累积效应发生的条件。该研究通过硅内三维能量密度重建的方法，证明了材料内部光密度突破传统方法，大幅提高加工可能性。同时，通过实际加工也证明了方法的可行性，所得到的加工结构在稳定性大幅提升、聚焦深度容错率提高2倍以上。

图1  太赫兹重频激光提高激光能量密度，突破深硅加工阈值，实现多深度3D稳定加工

本文提出的方法通过高重频激光实现累积效应，可大幅提高深硅加工的可能性、稳定性及加工质量，展示出了在多深度稳定加工的可行性，为深硅加工方法提供了有效的手段，有望在硅内三维结构加工方面取得广泛应用。

David Grojo，法国国家科学研究院-LP3研究所（马赛）研究员，专注于极端非线性激光加工领域，目前已发表论文超过80篇，论著1本，受邀国际报告超过22次。主持欧盟ERC- Consolidator Grant - EXSEED（2016）一项。研究得到法国CNRS 铜牌奖章（2016）。