Laser nano-structuring deep inside silicon using Bessel beams

Silisyum (Si) için mevcut üretim yöntemleri, son derece gelişmiş olmalarına rağmen, sadece yonganın yüzeyi üzerinde kullanılmaktadırlar. Yüzey altı (yonga-içi) işlevsellik kazanmak için özgün üç-boyutlu lazer-yazma yöntemleri geliştirilmekte, fakat bu yöntemler mikro-üretim seviyesinde kalmakta ve 1-µm çözünürlük ile kısıtlı olmaktadırlar. Bu çözünürlük sınırını aşmak için, kırınım-sınırı ve yonga içerisinde karmaşık doğrusal-olmayan etkiler gibi çeşitli problemler bulunmaktadır. Bu tez, Si yonganın derinliklerinde ilk nano-üretim kabiliyetini göstermektedir. Elde edilen lazer-ile-yazılmış yapılar, yonganın yüzeylerine müdahale edilmeden üretilmekte, bir ve iki boyutta (1B ve 2B) kısıtlanmış yapıları nano-rejimde üretmeye olanak sağlamaktadır. Bu özgün üretim kabiliyetine, biçimlendirilmiş lazer demetleri kullanarak ve yeni gözlemlediğimiz bir tür tohumlama etkisi ile ulaştık. Bu yaklaşım, önceden oluşturulan çeşitli yonga-içi yapıların, bir çeşit tohumlama etkisi ile, çok daha küçük boyutlarda yapı üretilmesine izin vermesi ile mümkün olmuştur. Aynı zamanda, lazer polarizasyonunu yonga-içi yazım kontrolü için yeni bir parametre olarak gösterdik. Ayrıca, lazer atım süresi, demet faz deseni, polarizasyon ve lazer odaklanma şartları gibi parametrelerden faydalanarak, yonga-içinde kırınım-sınırının altında, çözünürlüğü 120 nm ± 25 nm olan yapıların üretimini gösterdik. Bu şekilde son teknoloji yonga-içi üretim çözünürlüğünü yaklaşık on kat ileriye taşıdık. Bu yaklaşım ile kavramsal seviyede bir optik eleman göstermek amacı ile yonga-içi bir demek ızgarası ürettik ve %90'a varan verimle çalıştığını gösterdik. Teknolojik olarak önemli Si için bu yeni üretim kabiliyetinin, nano-fotonik, mikro/nano-akışkanlar, fotonik-elektronik entegrasyonu ve mikro / nano-elektromekanik (MEMS/NEMS) uygulamalar için de önemli bir potansiyele sahip olduğu değerlendirilebilir.