[논문 리뷰] Laser-Writing in Silicon for 3D Information Processing

Onur Tokel, Ahmet Turnalı외 4명|arXiv (Cornell University)|2014. 09. 09.

Photonic and Optical Devices참고 문헌 51인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 표면 손상 없이 도핑된 실리콘 웨이퍼 내에 고비율의 연속적인 다수 레벨의 표면 아래 구조를 만들기 위해 맥동 적외선 레이저 기법을 제시한다. 이 방법은 밀리미터 스케일, 마이크론 이하의 너비를 가진 특징을 가능하게 하며, 광학 간섭 단층촬영(ОСТ)을 통해 독독하게 읽을 수 있는 임bedded 3D 실리콘 바코드를 구현함으로써, 다층 칩 및 온칩 양자 광학에의 적용 가능성을 열어준다.

ABSTRACT

Micromachining of silicon with lasers is being investigated since the 1970s. So far generating subsurface modifications buried inside the bulk of the silicon without damaging the surface has not resulted in success. Here, we report a method for photo-inducing buried structures in doped silicon wafers with pulsed infrared lasers without modifying the wafer surface. We demonstrate large aspect-ratio, continuous multilevel subsurface structures, with lengths on the millimetre scale, while having sub-micron widths. We further demonstrate spatial information encoding capabilities embedded in subsurface silicon barcodes based on an optical coherence tomography (OCT) readout. The demonstrated silicon processing technology can be used for the realization of multilayered silicon chips, optofluidics and on-chip quantum optics experiments.

연구 동기 및 목표

• 표면 수정 없이 실리콘 내에 묻힌 표면 아래 구조를 만드는 방법을 개발하기 위해.
• 일반 도핑 실리콘 웨이퍼 내에서 고비율, 연속적, 다수 레벨의 특징을 달달히 만들기 위해.
• 광학 간섭 단층촬영(ОСТ) 독출 방식을 사용해 표면 아래 실리콘에 공간 정보를 인코딩할 수 있도록 하기 위해.
• 다층 실리콘 칩, 온칩 광유체역학 및 온칩 양자 광학 실험에 대한 실현 가능성을 입증하기 위해.

제안 방법

• 맥동 적외선 레이저 조사가 도핑된 실리콘 웨이퍼 내 표면 아래의 변화를 유도하기 위해 사용된다.
• 레이저 파arameter는 표면을 초과하지 않는 에너지를 국한시키기 위해 조절되어, 표면 기반 제거나 손상을 방지한다.
• 이 과정은 마이크론 이하의 횡방향 해상도를 가진 연속적인 고비율의 구조를 생성한다.
• 구조는 웨이퍼의 본질적인 부분에 제작되어 3차원 정보 임bedding이 가능하다.
• 표면 아래 특징에 인코딩된 정보를 비침습적으로 독출하기 위해 광학 간섭 단층촬영(ОСТ)이 사용된다.
• 레이저 흡수를 향상시키고 수정의 깊이 및 형상을 제어하기 위해 도핑된 실리콘 웨이퍼가 사용된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 맥동 적외선 레이저가 표면 손상 없이 도핑된 실리콘 내에서 연속적이고 고비율의 표면 아래 구조를 만들 수 있는가?
• RQ2 이 레이저 가공 기법을 사용할 때 표면 아래 특징의 최대 도달 깊이와 비율은 얼마인가?
• RQ3 표면 아래 구조를 사용해 OCT로 독출 가능한 공간 정보를 인코딩할 수 있는가?
• RQ4 실제 칩 수준의 응용에 있어 제작된 표면 아래 특징의 확장성과 안정성은 어느 정도인가?

주요 결과

• 이 방법은 밀리미터 스케일의 길이와 마이크론 이하의 너비를 가진 연속적이고 다수 레벨의 표면 아래 구조를 도핑된 실리콘에서 성공적으로 생성하였다.
• 레이저 공정은 표면에 명백한 수정이나 손상 없이 고비율의 특징을 달달히 만들었다.
• 표면 아래 실리콘 바코드가 성공적으로 인코딩되었고, 광학 간섭 단층촬영(ОСТ)을 통해 독출되었다.
• 제작된 구조는 다층 실리콘 칩 및 온칩 양자 광학 실험에 통합하기에 적합하다.