今天，激光在日常生活中已经很成熟，尽管有时很难说出它们是什么以及它们在哪里。例如，我们可以在CD/DVD阅读器或癌症和眼科手术等医学应用中找到它们，它们是广泛的多学科领域中必不可少的工具。所有这一切都是不断进步和发展的结果，从第一台Maiman的红宝石激光器(1960年)到阿秒激光器，再经过Jell-O激光器等奇特有趣的演示。

使用激光键合半导体电子元件

为了不断获得更强烈的光源，超短激光(脉冲在飞秒范围内)代表了一个明显的突破，因为它们允许在纳米级的密闭空间内进行高强度传输。特别是，它们允许引起非线性吸收现象，例如，允许以低热预算局部修改透明材料的内部，这是其他激光源无法实现的。一些演示包括在眼镜中写入波导或使用聚合物创建3D复杂图案。

超快激光通过照射顶部材料并聚焦于它们之间的界面，打开了焊接堆叠透明材料的大门。高强度导致两种材料几乎立即发生局部熔化和随后的再凝固、混合和结合。这已通过多种材料(包括玻璃、聚合物、陶瓷和金属)以不同的配置进行了演示。

虽然超快激光焊接肯定会在微电子领域得到直接应用，但令人惊讶的是，该工艺并不直接适用于接合不同的半导体工件。由于带隙小，内部玻璃改性所需的高强度导致半导体中的强传播非线性，这往往会使强烈的红外辐射散焦和离域。

为了应对这一挑战，我们必须跳出框框思考，起初似乎是倒退一步，但最终却变成了一个成功的替代方案。在硅晶片的隐形切割中，红外纳秒脉冲用于在硅内部产生缺陷，这些缺陷随后会成为薄弱点，从而产生干净的边缘切割。相对较长的脉冲比超短脉冲具有更低的强度，避免了不需要的传播非线性，但同时可以通过双光子吸收在焦点处被吸收。基于此，我们转向使用这些内部修改的更长脉冲，而不是将其作为缺陷，而是作为牢固的结合点。

在我们第一次焊接硅片的试验中，通过对界面进行红外成像，我们发现了一个额外的限制。除非界面处的间隙几乎不存在，包括光学接触条件，否则半导体典型的高折射率会导致法布里-珀罗腔阻碍达到足够高的能量密度来熔化两种材料。因此，顶部和底部材料之间最紧密的接触对于实现成功的焊接是必要的。

在设置了适当的条件来规避这些影响后，我们成功地进行了硅-硅激光焊接的首次实验演示。经过优化过程后，我们稍后可以将这种方法扩展到其他半导体，例如与硅一起采用不同配置的砷化镓。我们不仅实现了不同工件之间的粘合，而且在达到数十MPa数量级的强剪切力强度的同时实现了粘合。这些值与其他材料的超短激光焊接演示和目前采用的晶圆键合技术相比非常出色。

这项成功的实验现已发表在《激光与光子学评论》上，证实了一项技术障碍已被彻底解除。与半导体行业的替代方法相比，激光微焊接的一个独特优势是能够以直接写入的方式连接具有复杂多材料结构的元件，否则这是不可能的。这应该会导致电子制造、中红外光子学和微机电系统(MEMS)的新模式。此外，我们设想了混合芯片新兴概念的潜力，包括电子和微流体功能，用于最苛刻的微技术(如超级计算机或高级传感器)的热管理。