Le physicien Richard Feynman a donné une fois une conférence intitulée "Il y a beaucoup de place en bas". Cette conférence est souvent citée pour souligner les succès des techniques modernes de micro- et nano-fabrication, et la valeur de l'espace disponible qui vient avec les progrès de la miniaturisation. A cet égard, silicium, le fondement des ordinateurs modernes, communications mobiles, et appareils photoniques, s'est avérée extrêmement compétente. Ces avancées sont généralement décrites en termes de loi de Moore. Cependant, les processeurs modernes sont essentiellement des empilements de structures planaires. Dans ce sens, la microélectronique et la photonique sur silicium sont toujours en 2D.
Maintenant, une équipe diversifiée de scientifiques centrée à l'Université Bilkent et à l'Université technique du Moyen-Orient (tous deux à Ankara, Turquie) ont trouvé un moyen d'emballer des structures écrites au laser profondément à l'intérieur de puces de silicium. Dans le dernier numéro de Photonique de la nature , les chercheurs décrivent leur nouvelle approche, qui utilise un faisceau laser infrarouge focalisé pour créer des blocs de construction d'une résolution de 1 m dans un ruban de silicium. Pour la première fois, les chercheurs démontrent une fabrication arbitraire en 3D à l'intérieur du silicium, sans structures au-dessus ou au-dessous.
Puis, les chercheurs ont converti ces architectures 3D complexes en dispositifs optiques fonctionnels tels que des lentilles, guides d'ondes, hologrammes et autres éléments optiques. "Nous y sommes parvenus en exploitant la dynamique résultant des interactions non linéaires laser-matériau, conduisant à des blocs de construction contrôlables, " dit le Dr Onur Tokel du Département de physique de Bilkent, qui est l'auteur principal de l'article. "Dans n'importe quelle méthode de fabrication 3D, il y a un compromis entre la vitesse, résolution, et complexité. Avec notre approche, nous atteignons le point idéal. La réalisation critique est de remarquer que la plupart des composants pratiques peuvent être fabriqués à partir de blocs de construction en forme de tige ou d'aiguille. Notre méthode permet de créer précisément de tels blocs, tout en conservant une largeur d'environ 1 micromètre pour chaque bloc. Mieux encore, les tiges peuvent être combinées pour créer une couche 2D, ou encore des formes 3D plus complexes, qui peut simplement être créé en balayant le faisceau laser sur la puce."
Un autre résultat de la méthode est lié à l'impression ou à la sculpture 3D. Les chercheurs ont découvert qu'en exposant les zones modifiées au laser à un agent de gravure chimique spécifique, il est possible de réaliser une sculpture 3D de l'ensemble de la plaquette. Ils ont démontré divers composants microscopiques, comme les microcanaux, vias traversant Si, cantilevers et micropiliers. La création de certains d'entre eux est d'une difficulté prohibitive avec d'autres méthodes. "Je dois noter qu'il s'agit d'une approche d'écriture directe au laser, sans utilisation de masques, peu coûteux par rapport à la gravure ionique réactive et à la lithographie par faisceau électronique, " dit le Dr Serim Ilday, du Département de physique, l'un des co-auteurs de l'article. L'approche de l'équipe présente l'avantage supplémentaire que tous les dispositifs optiques et MEMS présentés sont en principe compatibles avec les méthodes de fabrication CMOS établies.
Inspiré par les succès des dispositifs en silicium "sur puce", l'équipe a inventé le terme d'appareils "in-chip", comme descripteur abrégé de cette nouvelle classe de composants basée sur la fabrication directe au laser 3D. « Les possibilités sont infinies. Il est probable que la méthode permettra d'utiliser des appareils intégrés entièrement nouveaux, tels que les composants photoniques Si qui peuvent être utilisés pour la photonique proche et moyen IR, ou des canaux microfluidiques sinueux qui peuvent être utilisés pour refroidir efficacement les puces électroniques, " a observé le Pr Ömer Ilday, un autre co-auteur de l'article et membre des départements de génie électrique et électronique et de physique.
"En réalité, " il a continué, « nous avons déjà commencé à montrer de nouvelles architectures et fonctionnalités sur puce, tels que le développement de nouveaux guides d'ondes sur puce, le découpage au laser de plaquettes et l'exploration de l'expansion vers d'autres semi-conducteurs."
