在半导体技术革新的浪潮中，一项革命性的突破正在土耳其安卡拉比尔肯特大学悄然发生。研究人员利用空间光调制技术（SLM），在硅片内部成功制造出纳米级3D结构，为电子和光子学领域带来了前所未有的机遇。这项技术不仅突破了传统制造的限制，更在精度和应用前景方面展现出巨大的潜力。
技术原理与创新点
传统的硅片制造技术仅限于在硅片表面形成微米级结构。然而，这项新技术通过利用硅对特定波长光透明的特性，实现了在硅片内部的纳米级制造。其关键在于空间光调制器的精确控制，能够将激光束的能量集中于硅片内部特定位置，从而在不损伤表面的情况下，实现纳米级结构的精确制造。
具体来说，SLM技术能够对激光光束的振幅、相位或偏振进行调控，配合特定光路设计，实现期望的光学要求。这种调控能力使得激光束能够在硅片内部形成微小的孔洞，进而构建出具有不同光学特性的纳米级结构。
图：安卡拉比尔肯特大学研究人员在硅片内制造纳米级3D结构
技术优势与应用前景
1. 高精度制造： 与传统技术相比，SLM技术能够制造出与入射光波长相当的纳米级特征，这意味着可以制造出更精细的结构。这对于制造超材料和超表面具有重要意义。
2. 多功能设备制造： 该技术不会对硅片表面造成任何改变，这使得未来可以在同一硅片上集成电子元件和光子元件，制造出多功能设备。
3. 光子学应用： 研究人员通过这项技术制造出的纳米级光子器件——布拉格光栅，可以作为光学滤波器使用。这一成果证明了该技术在光子学领域的应用潜力。
4. 热管理改进： 该技术还可能用于在芯片表面下雕刻微流体通道，通过泵送流体改善散热，从而有助于冷却电子设备并使其运行得更快。
实验验证与成果
比尔肯特大学的研究团队在《自然通讯》杂志发表的论文中展示了他们的实验成果。他们通过使用一种称为贝塞尔光束的特殊激光，成功在硅片内部制造出最小100纳米的二维平面或线状结构。这些结构的折射率与晶圆的其余部分不同，展示了其独特的光学特性。
数据实例： 在实验中，研究人员发现，通过改变激光的偏振，可以改变场增强的方向，从而控制孔洞的形成位置。这一发现为未来的精确控制提供了可能。
技术挑战与未来方向
尽管这项技术展现出巨大的潜力，但它仍然面临着一些挑战。目前，研究人员还无法精确控制激光在硅片内部特定区域的能量沉积，这限制了其在三维空间中进行更复杂结构制造的能力。未来，如果能够克服这一挑战，这项技术将能够在三维空间中进行更精细的纳米加工，为制造更复杂的纳米光子元件和电子设备提供可能。
未来展望： 如果研究人员能够更精确地定位这些孔洞，他们将能够在硅片内部进行更复杂的三维纳米加工，从而制造出更为复杂的纳米级结构。这将为半导体制造技术带来全新的突破。
总结
比尔肯特大学研究人员的这一发现，不仅推动了半导体制造技术的发展，也为未来的电子和光子学设备设计提供了新的思路。随着技术的不断成熟和优化，我们有理由相信，这种在硅片内部进行3D纳米级结构制造的技术将在未来发挥更加重要的作用。硅片之下，纳米之上，空间光调制技术正在开启一个新的制造时代。
