Recherchez sur tout Techno-Science.net
       
Techno-Science.net : Suivez l'actualité des sciences et des technologies, découvrez, commentez
Posté par Redbran le Jeudi 14/12/2017 à 12:00
L'écriture laser 3D dans le silicium devient enfin possible
Modifier localement la structure d'un matériau massif à l'aide d'un laser femtoseconde, comme on sait le faire dans le verre ou dans des polymères, est désormais possible dans le silicium. C'est ce qu'ont démontré des chercheurs du laboratoire Lasers, plasmas et procédés photoniques, ouvrant ainsi la voie à la réalisation de dispositifs 3D pour la photonique sur silicium. Ces résultats sont publiés dans la revue Nature Communications.


© LP3
Schéma simplifié du dispositif expérimental permettant de mesurer la distribution d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme laser provient de l'acronyme anglo-américain « light amplification by...) et la densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps de référence...) du microplasma créé dans le silicium avec des impulsions de 60 fs. Deux microscopes infrarouges sont positionnés latéralement et selon l'axe optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.). Une impulsion sonde (Une sonde spatiale est un vaisseau non habité envoyé par l'Homme pour explorer de plus près des objets du système solaire et, pour certaines, l'espace qui est au-delà....) infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde supérieure à celle de la lumière visible mais...) illumine l'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de sujets.) pour l'imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui représentent des êtres ou des choses. La fabrication se...) latérale résolue en temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) du microplasma et des modifications permanentes. L'imagerie de faisceau en face arrière est réalisée pour une reconstruction 3D du flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant dans un sens commun. Plus précisément le terme est employé dans les domaines...) laser à l'intérieur du matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base...).

Les lasers femtosecondes permettent de créer des structures 3D à l'intérieur d'un bloc de verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile (cassant) et transparent au rayonnement visible. Le plus souvent, le verre est constitué d’oxyde de silicium...) ou de polymère. Mais jusqu'ici l'opération était impossible avec un matériau comme le silicium, faute de pouvoir concentrer suffisamment l'énergie du faisceau laser au point (Graphie) du matériau que l'on veut modifier. Une équipe du laboratoire Lasers, plasmas et procédés photoniques (LP3, CNRS/AMU) y sont parvenus (1). Le dispositif qui leur a permis de faire sauter ce verrou n'est encore qu'une preuve de principe, mais il permet d'envisager une utilisation pratique d'un laser femtoseconde pour graver en 3D dans le silicium.

Les chercheurs ont réalisé leur expérience avec un laser dans l'infra-rouge (à la longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet, sa longueur est celle de l’objet...) d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte...) de 1300 nm), émettant des impulsions de 60 femtosecondes. Le faisceau était focalisé au centre de sphères de silicium de 2 millimètres de diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la sphère. Le diamètre est aussi la longueur de ce segment. Pour indiquer...). Ce dispositif a permis de réaliser une hyper-focalisation du faisceau, provoquant une variation locale de l'indice de réfraction (L'indice de réfraction provient du phénomène de réfraction qui désigne le changement de direction de la lumière au passage d'un milieu à un autre....) du matériau, signe d'une modification de sa structure en ce point. Ce résultat permet d'envisager de modifier de manière contrôlée l'indice de réfraction (En physique des ondes — notamment en optique, acoustique et sismologie — le phénomène de réfraction est la déviation d'une onde lorsque la vitesse de celle-ci change entre deux milieux. Typiquement, cela...) à l'intérieur du silicium, afin de créer des dispositifs photoniques (guide d'ondes, micro-lentilles...) en 3D.

Mais pour aller au-delà de la démonstration (En mathématiques, une démonstration permet d'établir une proposition à partir de propositions initiales, ou précédemment démontrées à...) de principe, l'équipe du LP3 veut maintenant définir des modalités pratiques de réalisation de structures 3D. Pour graver dans la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse...) d'une tranche de silicium (wafer), aujourd'hui utilisée pour fabriquer des circuits 2D, le laboratoire propose de poser sur sa surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement confondu avec sa mesure, sa...) une demi-sphère de silicium avec un contact optique parfait. Ceci permettrait de faire de l'ingénierie (L'ingénierie désigne l'ensemble des fonctions allant de la conception et des études à la responsabilité de la construction et au contrôle des...) d'indice dans l'épaisseur du wafer, et de créer ainsi des architectures (Architectures est une série documentaire proposée par Frédéric Campain et Richard Copans, diffusé sur Arte depuis 1995.) entièrement nouvelles pour la photonique.

(1) en collaboration avec chercheurs de l'Institute of Electronic Structure and Laser (IESL-FORTH), en Grèce.

Références publication:
Crossing the threshold of ultrafast laser writing in bulk (Bulk est un mot anglais signifiant volume. Dans l'industrie informatique ce terme caractérise un produit livré en quantité, de façon minimaliste (parfois sans accessoires) et sans emballage unitaire. C'est le contraire de la version dite...) silicon.
M. Chanal, V. Y. Fedorov, M. Chambonneau, R. Clady, S.Tzortzakis & D. Grojo
Nature Communications 8:773
DOI: 10.1038/s41467-017-00907-8
https://www.nature.com/articles/s41467-017-00907-8

Contact chercheur:
David Grojo ? LP3

Commentez et débattez de cette actualité sur notre forum Techno-Science.net. Vous pouvez également partager cette actualité sur Facebook, Twitter et les autres réseaux sociaux.
Icone partage sur Facebook Icone partage sur Twitter Partager sur Messenger Icone partage sur Delicious Icone partage sur Myspace Flux RSS
Source: CNRS-INSIS