近日，日本RIKEN先進光子學中心研究激光應用的科學家們宣布，他們采用一種“BiBurst”模式的激光新技術，將硅的燒蝕加工速度大幅提升了23倍。
該技術是通過使用在MHz包膜中分組的GHz飛秒激光脈沖來實現的。研究人員證明，在避免空氣電離的情況下，“BiBurst”模式能夠以比單脈沖模式快23倍的燒蝕速度蝕刻硅，同時不影響燒蝕質量。日前，相關的團隊研究成果已發表在《國際極限制造雜志》（IJEM）上。
在硅片半導體加工等實際應用中，提高燒蝕速度是非常必要的。原則上而言，激光強度越大，消融速度越快——然而，較高強度的飛秒激光脈沖由于空氣電離和產生過多的熱量而頻遭偶然損傷。BiBurst模式飛秒激光加工改寫了飛秒激光加工以往的常識，將幫助克服工業應用中的一系列瓶頸。
在GHz脈沖中，入射的飛秒激光脈沖序列具有極短的幾百皮秒（ps）脈沖間隔，控制時間能量沉積在硅上，從來提高了消融效率和質量。然后，該團隊進一步探索了在明顯更高的BiBurst脈沖能量下進行高速、精細微加工硅的能力，這對應于BiBurst脈沖中每個脈沖的綜合能量。
值得注意的是，當傳遞相同的激光總能量時，BiBurst脈沖中每個飛秒激光脈沖（內脈沖）的能量明顯小于單脈沖模式的脈沖能量。再單脈沖模式中，一旦強度超過臨界值，空氣電離會導致燒蝕表面發生嚴重損壞。而相比之下，BiBurst模式由于其較低的脈沖內強度，則能夠提供更高的總能量來燒蝕硅，而不會引起空氣電離。
因此，在避免空氣電離的情況下，BiBurst模式能夠在總能量和消融效率的協同作用下，消融速度比單脈沖模式提高了23倍。此外，BiBurst對能量沉積的時間控制，使之即便在如此高的總能量下仍然保持很高的燒蝕質量。
而在單脈沖模式下，當脈沖內能量超過消融閾值能量時，消融效率會逐漸降低，因為單個脈沖內可以直接誘導消融。在這種情況下，燒蝕效率不再能夠依賴于連續內部脈沖的協同貢獻而提高。
總結來看，BiBurst模式下較低的脈沖內能量，既能避免空氣電離，又能保持較高的消融效率，從而獲得比GHz突發單脈沖或單脈沖模式更高的消融速度。因此，BiBurst模式下的激光燒蝕有潛力實現更高的加工吞吐量，同時保持高質量的硅微加工方面的實際應用。
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