Procédés lasers en mode rafales pour silicium – SILABUS

Les sources laser ultrabrèves sont aujourd'hui largement utilisées pour le micro-usinage de haute précision avec des sources commercialement disponibles qui émettent à des longueurs d'onde autour de 800-1000 nm. Or, la modification intra-volume ou en face arrière est uniquement possible dans les matériaux diélectriques tels que les verres qui sont transparents à ces longueurs d’onde. Le silicium, matériau semi-conducteur le plus utilisé en microélectronique, n’est pas accessible. Le projet SILABUS adresse le problème de la réalisation de modifications intra-volume dans le silicium ainsi qu’en face arrière avec des impulsions laser ultrabrèves. Le temps d'interaction ultracourt permet d'obtenir une précision extrêmement élevée car l'interaction est confinée dans un très petit volume, permettant ainsi de minimiser l’endommagement du matériau environnant. En tant que semi-conducteur à faible gap (bande interdite de 1,12 eV), le silicium n'est transparent qu'à des longueurs d'onde supérieures à 1100 nm. Cependant, il n'est pas évident de mettre en œuvre cette technique sur du silicium en raison de ses propriétés intrinsèques. En effet, l'indice de réfraction non linéaire du silicium est supérieur de deux ordres de grandeur à celui de la silice fondue par exemple. Par conséquent, la propagation d'impulsions laser ultracourtes dans le silicium est fortement perturbée par des effets non linéaires et l'intensité est saturée à un niveau inférieur au seuil de modification permanente du matériau. Nous proposons de résoudre ce problème fondamental en utilisant un laser femtoseconde émettant autour de 1300-2000 nm dans un nouveau régime qui est le mode rafale GHz. Cette approche permettra de répartir l'énergie délivrée en de nombreuses sous-impulsions qui se succèdent à un taux de répétition intra-rafale GHz permettant la production de modifications permanentes par des effets d’accumulation contrôlée en évitant les effets non-linéaires néfastes.