Il fisico Richard Feynman una volta tenne una conferenza intitolata "C'è molto spazio in fondo". Questa conferenza è spesso citata per evidenziare i successi delle moderne tecniche di micro e nanofabbricazione, e il valore dello spazio disponibile che deriva dai progressi della miniaturizzazione. Nel rispetto, silicio, la base dei computer moderni, comunicazioni mobili, e dispositivi fotonici, ha dimostrato di essere estremamente capace. Questi progressi sono generalmente descritti in termini di legge di Moore. Però, i processori moderni sono essenzialmente pile di strutture planari. In questo senso, la microelettronica e la fotonica al silicio sono ancora bidimensionali.

Ora, un team eterogeneo di scienziati centrato presso la Bilkent University e la Middle East Technical University (entrambe ad Ankara, Turchia) hanno trovato un modo per imballare strutture scritte a laser in profondità all'interno di chip di silicio. Nell'ultimo numero di Fotonica della natura , i ricercatori descrivono il loro nuovo approccio, che utilizza un raggio laser infrarosso focalizzato per creare blocchi costitutivi con risoluzione di 1 μm in una scheggia di silicio. Per la prima volta, i ricercatori dimostrano la fabbricazione 3D arbitraria all'interno del silicio, senza strutture sopra o sotto.

Quindi, i ricercatori hanno convertito queste complesse architetture 3D in dispositivi ottici funzionali come lenti, guide d'onda, ologrammi e altri elementi ottici. "Ci siamo riusciti sfruttando le dinamiche derivanti dalle interazioni non lineari laser-materiale, portando a blocchi controllabili, " dice il dottor Onur Tokel del Dipartimento di Fisica di Bilkent, chi è l'autore principale dell'articolo. "In qualsiasi metodo di fabbricazione 3D, c'è un compromesso tra velocità, risoluzione, e complessità. Con il nostro approccio, stiamo colpendo il punto debole. La realizzazione fondamentale è notare che la maggior parte dei componenti pratici può essere realizzata con blocchi di costruzione simili a bastoncini o aghi. Il nostro metodo consente di creare proprio tali blocchi, conservando inoltre una larghezza di circa 1 micrometro per ogni blocco. Meglio ancora, le aste possono essere combinate per creare uno strato 2-D, o forme 3D ancora più complesse, che può essere semplicemente creato scansionando il raggio laser sul chip."

Un ulteriore risultato del metodo è legato alla stampa 3D o alla scultura. I ricercatori hanno scoperto che esponendo le aree modificate al laser a uno specifico attacco chimico, è possibile realizzare la scultura 3D dell'intero wafer. Hanno dimostrato vari componenti microscopici, come i microcanali, thru-Si vias, cantilever e micropilastri. La creazione di alcuni di questi è proibitivamente difficile con altri metodi. "Devo notare che questo è un approccio di scrittura a laser diretto, senza l'uso di mascherine, economico rispetto all'incisione con ioni reattivi e alla litografia a fascio elettronico, " dice il dottor Serim Ilday, del Dipartimento di Fisica, uno dei coautori dell'articolo. L'approccio del team ha il vantaggio aggiuntivo che tutti i dispositivi ottici e MEMS dimostrati sono in linea di principio compatibili con i metodi di fabbricazione CMOS stabiliti.

Ispirato dai successi dei dispositivi in ​​silicio "on-chip", il team ha coniato il termine dispositivi "in-chip", come descrittore abbreviato per questa nuova classe di componenti basati sulla fabbricazione laser 3D diretta. "Le possibilità sono infinite. È probabile che il metodo consentirà dispositivi in-chip completamente nuovi, come i componenti Si-fotonici che possono essere utilizzati per la fotonica nel vicino e medio infrarosso, o tortuosi canali microfluidici che possono essere utilizzati per raffreddare in modo efficiente i chip elettronici, " ha osservato il prof. Ömer Ilday, altro coautore del paper e membro dei Dipartimenti di Ingegneria Elettrica ed Elettronica e Fisica.

"Infatti, " Lui continuò, "abbiamo già iniziato a mostrare nuove architetture e funzionalità in-chip, come lo sviluppo di nuove guide d'onda in-chip, taglio laser di wafer ed esplorazione dell'espansione ad altri semiconduttori".