El físico Richard Feynman dio una vez una conferencia titulada "Hay mucho espacio en la parte inferior". Esta conferencia se cita a menudo para destacar los éxitos de las técnicas modernas de micro y nano fabricación, y el valor del espacio disponible que viene con los avances en miniaturización. En este sentido, silicio, la base de las computadoras modernas, comunicaciones móviles, y dispositivos fotónicos, ha demostrado ser extremadamente capaz. Estos avances generalmente se describen en términos de la ley de Moore. Sin embargo, Los procesadores modernos son esencialmente pilas de estructuras planas. En este sentido, La microelectrónica y la fotónica del silicio siguen siendo bidimensionales.
Ahora, un equipo diverso de científicos centrados en la Universidad Bilkent y la Universidad Técnica del Medio Oriente (ambas en Ankara, Turquía) han encontrado una manera de empaquetar estructuras escritas con láser en el interior de los chips de silicio. En el último número de Fotónica de la naturaleza , los investigadores describen su enfoque novedoso, que utiliza un rayo láser infrarrojo enfocado para crear bloques de construcción con una resolución de 1 μm en una astilla de silicio. Por primera vez, los investigadores demuestran una fabricación tridimensional arbitraria dentro del silicio, sin estructuras arriba o abajo.
Luego, los investigadores convirtieron estas complejas arquitecturas 3-D en dispositivos ópticos funcionales como lentes, guías de ondas, hologramas y otros elementos ópticos. "Lo logramos aprovechando la dinámica que surge de las interacciones no lineales entre láser y material, conduciendo a bloques de construcción controlables, "dice el Dr. Onur Tokel del Departamento de Física de Bilkent, quien es el autor principal del artículo. "En cualquier método de fabricación 3D, hay una compensación entre la velocidad, resolución, y complejidad. Con nuestro enfoque, estamos alcanzando el punto óptimo. La comprensión crítica es darse cuenta de que la mayoría de los componentes prácticos pueden estar hechos de bloques de construcción con forma de varilla o aguja. Nuestro método permite crear precisamente esos bloques, conservando al mismo tiempo un ancho de aproximadamente 1 micrómetro para cada bloque. Mejor todavía, las varillas se pueden combinar para crear una capa 2-D, o incluso formas tridimensionales más complejas, que se puede crear simplemente escaneando el rayo láser sobre el chip ".
Otro resultado del método está relacionado con la impresión o la escultura en 3D. Los investigadores encontraron que al exponer las áreas modificadas con láser a un grabador químico específico, es posible realizar la escultura en 3D de toda la oblea. Demostraron varios componentes microscópicos, como microcanales, a través de las vías Si, voladizos y micropilares. La creación de algunos de estos es prohibitivamente difícil con otros métodos. "Debo señalar que este es un enfoque de escritura con láser directo, sin el uso de máscaras, económico en comparación con el grabado con iones reactivos y la litografía por haz de electrones, "dice el Dr. Serim Ilday, del Departamento de Física, uno de los coautores del artículo. El enfoque del equipo tiene el beneficio adicional de que todos los dispositivos ópticos y MEMS demostrados son, en principio, compatibles con los métodos de fabricación CMOS establecidos.
Inspirado por los éxitos de los dispositivos de silicio "en chip", el equipo acuñó el término dispositivos "en chip", como descriptor abreviado de esta nueva clase de componentes basados en la fabricación directa con láser 3D. "Las posibilidades son infinitas. Es probable que el método permita dispositivos en chip completamente nuevos, como componentes de Si-fotónica que se pueden utilizar para fotónica de infrarrojos cercanos y medios, o canales de microfluidos serpenteantes que pueden usarse para enfriar eficientemente chips electrónicos, "observó el profesor Ömer Ilday, otro coautor del artículo y miembro de los Departamentos de Física e Ingeniería Eléctrica y Electrónica.
"Como una cuestión de hecho, " él continuó, "ya hemos comenzado a mostrar nuevas arquitecturas y funcionalidades en chip, como el desarrollo de nuevas guías de onda en chip, corte por láser de obleas y exploración de la expansión a otros semiconductores ".
