O físico Richard Feynman certa vez deu uma palestra intitulada "Há muito espaço na parte inferior." Esta palestra é frequentemente citada para destacar os sucessos das técnicas modernas de micro e nano fabricação, e o valor do espaço disponível que vem com os avanços na miniaturização. A este respeito, silício, a base dos computadores modernos, comunicações móveis, e dispositivos fotônicos, provou ser extremamente capaz. Esses avanços são geralmente descritos nos termos da lei de Moore. Contudo, os processadores modernos são essencialmente pilhas de estruturas planas. Nesse sentido, a microeletrônica e a fotônica do silício ainda são 2-D.

Agora, uma equipe diversificada de cientistas centrada na Bilkent University e na Middle East Technical University (ambas em Ancara, Turquia) descobriram uma maneira de empacotar estruturas gravadas a laser nas profundezas dos chips de silício. Na última edição da Nature Photonics , os pesquisadores descrevem sua nova abordagem, que usa um feixe de laser infravermelho focalizado para criar blocos de construção de resolução de 1 μm em uma tira de silício. Pela primeira vez, os pesquisadores demonstram a fabricação 3-D arbitrária dentro do silício, sem estruturas acima ou abaixo.

Então, os pesquisadores converteram essas arquiteturas 3-D complexas em dispositivos ópticos funcionais, como lentes, guias de ondas, hologramas e outros elementos ópticos. "Conseguimos isso explorando a dinâmica decorrente de interações não lineares entre laser e material, levando a blocos de construção controláveis, "diz o Dr. Onur Tokel do Departamento de Física de Bilkent, quem é o autor principal do artigo. "Em qualquer método de fabricação 3-D, há uma compensação entre velocidade, resolução, e complexidade. Com nossa abordagem, estamos atingindo o ponto ideal. A percepção crítica é perceber que a maioria dos componentes práticos podem ser feitos de blocos de construção semelhantes a hastes ou agulhas. Nosso método permite criar precisamente esses blocos, ao mesmo tempo, preservando uma largura de cerca de 1 micrômetro para cada bloco. Melhor ainda, as hastes podem ser combinadas para criar uma camada 2-D, ou mesmo formas 3-D mais complexas, que pode ser criado simplesmente escaneando o feixe de laser sobre o chip. "

Um outro resultado do método está relacionado à impressão ou escultura 3D. Os pesquisadores descobriram que, ao expor as áreas modificadas por laser a um condicionador químico específico, é possível realizar esculturas 3-D de todo o wafer. Eles demonstraram vários componentes microscópicos, como microcanais, vias através de Si, cantiléveres e micropilares. A criação de alguns deles é proibitivamente difícil com outros métodos. "Devo observar que esta é uma abordagem de escrita direta a laser, sem o uso de máscaras, barato em comparação com corrosão iônica reativa e litografia de feixe eletrônico, "diz o Dr. Serim Ilday, do Departamento de Física, um dos co-autores do artigo. A abordagem da equipe tem o benefício adicional de que todos os dispositivos ópticos e MEMS demonstrados são, em princípio, compatíveis com os métodos de fabricação CMOS estabelecidos.

Inspirado pelo sucesso dos dispositivos de silício "on-chip", a equipe cunhou o termo dispositivos "in-chip", como um descritor abreviado para esta nova classe de componentes com base na fabricação direta a laser 3-D. "As possibilidades são infinitas. É provável que o método permita dispositivos in-chip inteiramente novos, como componentes de fotônica de Si que podem ser usados ​​para fotônica de infravermelho próximo e médio, ou canais microfluídicos sinuosos que podem ser usados ​​para resfriar chips eletrônicos de forma eficiente, "observou o Prof. Ömer Ilday, outro co-autor do artigo e membro dos Departamentos de Engenharia Elétrica e Eletrônica e Física.

"De fato, " Ele continuou, "já começamos a mostrar novas arquiteturas e funcionalidades in-chip, como o desenvolvimento de novos guias de onda no chip, corte a laser de bolachas e exploração da expansão para outros semicondutores. "