Silizium-Laserbearbeitung mit Bursts

• Antragsteller: Professor Dr. Stefan Nolte
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 530105422

Die hochpräzise Mikrobearbeitung mit Femtosekundenlasern ist heute weit verbreitet, wobei in der Regel kommerziell erhältliche Laser mit Wellenlängen um 800-1000 nm eingesetzt werden. Allerdings sind Modifikationen im Volumen und auf der Rückseite nur in Dielektrika wie Gläsern möglich, die in diesem Wellenlängenbereich transparent sind. Silizium, das in der Mikroelektronik am häufigsten verwendete Halbleitermaterial, ist dagegen nicht zugänglich. Das SILABUS-Projekt befasst sich mit der sehr anspruchsvollen Aufgabe, Modifikationen im Innern und auf der Rückseite von Silizium mit ultrakurzen Laserpulsen zu erreichen. Die ultrakurze Wechselwirkungszeit ermöglicht eine extrem hohe Präzision, da die Wechselwirkung auf ein sehr kleines Volumen beschränkt ist und schädliche Nebeneffekte oder Schäden am umgebenden Material vermieden werden. Als Halbleiter mit geringer Bandlücke von 1,12 eV ist Silizium nur bei Wellenlängen über 1100 nm transparent. Die Prozesse von Gläsern lassen sich jedoch aufgrund der intrinsischen Eigenschaften von Silizium nicht einfach übertragen. Insbesondere ist der nichtlineare Brechungsindex von Silizium um zwei Größenordnungen höher als der von Quarzglas. Daher ist die Ausbreitung ultrakurzer Laserpulse in Silizium durch nichtlineare Effekte dominiert, und die Intensität ist auf ein Niveau limitiert, das unterhalb der Schwelle einer dauerhaften Veränderung des Materials liegt. Im Rahmen des Vorhabens SILABUS wird dieses fundamentale Problem durch den Einsatz eines Femtosekundenlasers gelöst, der im Wellenlängenbereich zwischen 1300-2000 nm in einem neuartigen Modus emittiert, nämlich im GHz-Burst-Modus. Dieser Ansatz ermöglicht es, die Laserenergie in viele Teilpulse zu verteilen, die mit einer Wiederholungsrate von GHz aufeinander folgen. Dadurch können permanente Veränderungen im Laserfokus auf akkumulative und kontrollierte Weise erzeugt werden, wodurch die oben erwähnten limitierenden nichtlinearen Effekte vermieden werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Dr. Benoît Chimier; Professor Emmanuel D' Humières; Dr. John Lopez; Professorin Dr. Inka Manek-Hönninger