വിപ്ലവകരമായ ഒരു പുതിയ വസ്തു - കറുത്ത സിലിക്കൺ
മികച്ച ഒപ്റ്റോഇലക്ട്രോണിക് ഗുണങ്ങളുള്ള ഒരു പുതിയ തരം സിലിക്കൺ വസ്തുവാണ് ബ്ലാക്ക് സിലിക്കൺ. കറുത്ത സിലിക്കണിനെക്കുറിച്ചുള്ള എറിക് മസൂറിന്റെയും മറ്റ് ഗവേഷകരുടെയും സമീപ വർഷങ്ങളിലെ ഗവേഷണ പ്രവർത്തനങ്ങൾ ഈ ലേഖനം സംഗ്രഹിക്കുന്നു, കറുത്ത സിലിക്കണിന്റെ തയ്യാറാക്കലും രൂപീകരണ സംവിധാനവും, അതുപോലെ ആഗിരണം, പ്രകാശം, ഫീൽഡ് എമിഷൻ, സ്പെക്ട്രൽ പ്രതികരണം തുടങ്ങിയ ഗുണങ്ങളും വിശദീകരിക്കുന്നു. ഇൻഫ്രാറെഡ് ഡിറ്റക്ടറുകൾ, സോളാർ സെല്ലുകൾ, ഫ്ലാറ്റ്-പാനൽ ഡിസ്പ്ലേകൾ എന്നിവയിൽ കറുത്ത സിലിക്കണിന്റെ പ്രധാന സാധ്യതയുള്ള പ്രയോഗങ്ങളും ഇത് ചൂണ്ടിക്കാണിക്കുന്നു.
ശുദ്ധീകരണത്തിന്റെ എളുപ്പം, ഡോപ്പിംഗിന്റെ എളുപ്പം, ഉയർന്ന താപനിലയെ പ്രതിരോധിക്കൽ തുടങ്ങിയ ഗുണങ്ങൾ കാരണം ക്രിസ്റ്റലിൻ സിലിക്കൺ സെമികണ്ടക്ടർ വ്യവസായത്തിൽ വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കപ്പെടുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, ഇതിന് നിരവധി ദോഷങ്ങളുമുണ്ട്, ഉദാഹരണത്തിന് അതിന്റെ ഉപരിതലത്തിൽ ദൃശ്യവും ഇൻഫ്രാറെഡ് പ്രകാശവും പ്രതിഫലിപ്പിക്കുന്നതിന്റെ ഉയർന്ന കഴിവ്. കൂടാതെ, അതിന്റെ വലിയ ബാൻഡ് വിടവ് കാരണം,ക്രിസ്റ്റലിൻ സിലിക്കൺ1100 nm-ൽ കൂടുതൽ തരംഗദൈർഘ്യമുള്ള പ്രകാശത്തെ ആഗിരണം ചെയ്യാൻ കഴിയില്ല. ഇൻസിഡന്റ് ലൈറ്റ് തരംഗദൈർഘ്യം 1100 nm-ൽ കൂടുതലാകുമ്പോൾ, സിലിക്കൺ ഡിറ്റക്ടറുകളുടെ ആഗിരണം, പ്രതികരണ നിരക്ക് എന്നിവ വളരെയധികം കുറയുന്നു. ഈ തരംഗദൈർഘ്യങ്ങൾ കണ്ടെത്താൻ ജെർമേനിയം, ഇൻഡിയം ഗാലിയം ആർസെനൈഡ് തുടങ്ങിയ മറ്റ് വസ്തുക്കൾ ഉപയോഗിക്കണം. എന്നിരുന്നാലും, ഉയർന്ന വില, മോശം തെർമോഡൈനാമിക് ഗുണങ്ങളും ക്രിസ്റ്റൽ ഗുണനിലവാരവും, നിലവിലുള്ള പക്വമായ സിലിക്കൺ പ്രക്രിയകളുമായുള്ള പൊരുത്തക്കേടും സിലിക്കൺ അധിഷ്ഠിത ഉപകരണങ്ങളിൽ അവയുടെ പ്രയോഗത്തെ പരിമിതപ്പെടുത്തുന്നു. അതിനാൽ, ക്രിസ്റ്റലിൻ സിലിക്കൺ പ്രതലങ്ങളുടെ പ്രതിഫലനം കുറയ്ക്കുകയും സിലിക്കൺ അധിഷ്ഠിതവും സിലിക്കൺ-അനുയോജ്യവുമായ ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറുകളുടെ കണ്ടെത്തൽ തരംഗദൈർഘ്യ പരിധി വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യുന്നത് ഒരു ചൂടുള്ള ഗവേഷണ വിഷയമായി തുടരുന്നു.
ക്രിസ്റ്റലിൻ സിലിക്കൺ പ്രതലങ്ങളുടെ പ്രതിഫലനം കുറയ്ക്കുന്നതിന്, ഫോട്ടോലിത്തോഗ്രാഫി, റിയാക്ടീവ് അയോൺ എച്ചിംഗ്, ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ എച്ചിംഗ് തുടങ്ങിയ നിരവധി പരീക്ഷണാത്മക രീതികളും സാങ്കേതിക വിദ്യകളും ഉപയോഗിച്ചിട്ടുണ്ട്. ഈ സാങ്കേതിക വിദ്യകൾക്ക് ഒരു പരിധിവരെ, ക്രിസ്റ്റലിൻ സിലിക്കണിന്റെ ഉപരിതലവും സമീപ-ഉപരിതല രൂപഘടനയും മാറ്റാൻ കഴിയും, അങ്ങനെസിലിക്കൺ ഉപരിതല പ്രതിഫലനം. ദൃശ്യപ്രകാശ ശ്രേണിയിൽ, പ്രതിഫലനം കുറയ്ക്കുന്നത് ആഗിരണം വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും ഉപകരണ കാര്യക്ഷമത മെച്ചപ്പെടുത്തുകയും ചെയ്യും. എന്നിരുന്നാലും, 1100 nm-ൽ കൂടുതലുള്ള തരംഗദൈർഘ്യങ്ങളിൽ, സിലിക്കൺ ബാൻഡ് വിടവിലേക്ക് ആഗിരണം ഊർജ്ജ നിലകൾ കൊണ്ടുവന്നില്ലെങ്കിൽ, കുറഞ്ഞ പ്രതിഫലനം പ്രക്ഷേപണം വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിലേക്ക് മാത്രമേ നയിക്കൂ, കാരണം സിലിക്കണിന്റെ ബാൻഡ് വിടവ് ആത്യന്തികമായി ദീർഘ-തരംഗദൈർഘ്യ പ്രകാശത്തിന്റെ ആഗിരണം പരിമിതപ്പെടുത്തുന്നു. അതിനാൽ, സിലിക്കൺ അധിഷ്ഠിതവും സിലിക്കൺ-അനുയോജ്യവുമായ ഉപകരണങ്ങളുടെ സെൻസിറ്റീവ് തരംഗദൈർഘ്യ ശ്രേണി വിപുലീകരിക്കുന്നതിന്, ബാൻഡ് വിടവിനുള്ളിൽ ഫോട്ടോൺ ആഗിരണം വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും അതേ സമയം സിലിക്കൺ ഉപരിതല പ്രതിഫലനം കുറയ്ക്കുകയും ചെയ്യേണ്ടത് ആവശ്യമാണ്.
1990 കളുടെ അവസാനത്തിൽ, ഹാർവാർഡ് സർവകലാശാലയിലെ പ്രൊഫസർ എറിക് മസൂറും മറ്റുള്ളവരും ചിത്രം 1 ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, ദ്രവ്യവുമായുള്ള ഫെംറ്റോസെക്കൻഡ് ലേസറുകളുടെ പ്രതിപ്രവർത്തനത്തെക്കുറിച്ചുള്ള ഗവേഷണത്തിനിടെ ഒരു പുതിയ വസ്തു - കറുത്ത സിലിക്കൺ - ലഭിച്ചു. കറുത്ത സിലിക്കണിന്റെ ഫോട്ടോഇലക്ട്രിക് ഗുണങ്ങളെക്കുറിച്ച് പഠിക്കുമ്പോൾ, ഈ മൈക്രോസ്ട്രക്ചേർഡ് സിലിക്കൺ വസ്തുവിന് സവിശേഷമായ ഫോട്ടോഇലക്ട്രിക് ഗുണങ്ങളുണ്ടെന്ന് കണ്ടെത്തിയതിൽ എറിക് മസൂറും സഹപ്രവർത്തകരും അത്ഭുതപ്പെട്ടു. ഇത് അൾട്രാവയലറ്റിനടുത്തും ഇൻഫ്രാറെഡ് പരിധിയിലും (0.25–2.5 μm) മിക്കവാറും എല്ലാ പ്രകാശത്തെയും ആഗിരണം ചെയ്യുന്നു, മികച്ച ദൃശ്യപരവും ഇൻഫ്രാറെഡ് തൊട്ടടുത്തുമുള്ള പ്രകാശ സവിശേഷതകളും നല്ല ഫീൽഡ് എമിഷൻ ഗുണങ്ങളും പ്രകടിപ്പിക്കുന്നു. ഈ കണ്ടെത്തൽ സെമികണ്ടക്ടർ വ്യവസായത്തിൽ ഒരു സംവേദനം സൃഷ്ടിച്ചു, പ്രധാന മാസികകൾ ഇതിനെക്കുറിച്ച് റിപ്പോർട്ട് ചെയ്യാൻ മത്സരിച്ചു. 1999 ൽ, സയന്റിഫിക് അമേരിക്കൻ, ഡിസ്കവർ മാസികകൾ, 2000 ൽ ലോസ് ഏഞ്ചൽസ് ടൈംസ് സയൻസ് വിഭാഗം, 2001 ൽ ന്യൂ സയന്റിസ്റ്റ് മാസിക എന്നിവയെല്ലാം കറുത്ത സിലിക്കണിന്റെ കണ്ടെത്തലിനെയും അതിന്റെ സാധ്യതയുള്ള പ്രയോഗങ്ങളെയും കുറിച്ച് ചർച്ച ചെയ്യുന്ന ഫീച്ചർ ലേഖനങ്ങൾ പ്രസിദ്ധീകരിച്ചു, റിമോട്ട് സെൻസിംഗ്, ഒപ്റ്റിക്കൽ കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻസ്, മൈക്രോ ഇലക്ട്രോണിക്സ് തുടങ്ങിയ മേഖലകളിൽ ഇതിന് കാര്യമായ സാധ്യതയുള്ള മൂല്യമുണ്ടെന്ന് വിശ്വസിച്ചു.
നിലവിൽ, ഫ്രാൻസിൽ നിന്നുള്ള ടി. സാമെറ്റ്, അയർലൻഡിൽ നിന്നുള്ള അനോയിഫ് എം. മോളോണി, ചൈനയിലെ ഫുഡാൻ സർവകലാശാലയിൽ നിന്നുള്ള ഷാവോ ലി, ചൈനീസ് അക്കാദമി ഓഫ് സയൻസസിൽ നിന്നുള്ള മെൻ ഹെയ്നിംഗ് എന്നിവരെല്ലാം കറുത്ത സിലിക്കണിനെക്കുറിച്ച് വിപുലമായ ഗവേഷണം നടത്തി പ്രാഥമിക ഫലങ്ങൾ നേടിയിട്ടുണ്ട്. യുഎസ്എയിലെ മസാച്യുസെറ്റ്സിലെ ഒരു കമ്പനിയായ സിയോണിക്സ്, മറ്റ് കമ്പനികൾക്ക് ഒരു സാങ്കേതിക വികസന പ്ലാറ്റ്ഫോമായി പ്രവർത്തിക്കുന്നതിനായി 11 മില്യൺ ഡോളർ വെഞ്ച്വർ ക്യാപിറ്റൽ പോലും സമാഹരിച്ചു, കൂടാതെ സെൻസർ അധിഷ്ഠിത കറുത്ത സിലിക്കൺ വേഫറുകളുടെ വാണിജ്യ ഉൽപാദനം ആരംഭിച്ചു, അടുത്ത തലമുറ ഇൻഫ്രാറെഡ് ഇമേജിംഗ് സിസ്റ്റങ്ങളിൽ പൂർത്തിയായ ഉൽപ്പന്നങ്ങൾ ഉപയോഗിക്കാൻ തയ്യാറെടുക്കുന്നു. കറുത്ത സിലിക്കൺ സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ കുറഞ്ഞ ചെലവും ഉയർന്ന സംവേദനക്ഷമതയും ഗുണങ്ങൾ ഗവേഷണത്തിലും മെഡിക്കൽ ഇമേജിംഗ് വിപണികളിലും ശ്രദ്ധ കേന്ദ്രീകരിക്കുന്ന കമ്പനികളുടെ ശ്രദ്ധ ആകർഷിക്കുമെന്ന് സിയോണിക്സിന്റെ സിഇഒ സ്റ്റീഫൻ സെയ്ലർ പ്രസ്താവിച്ചു. ഭാവിയിൽ, ഇത് കോടിക്കണക്കിന് ഡോളർ വിലമതിക്കുന്ന ഡിജിറ്റൽ ക്യാമറ, കാംകോർഡർ വിപണിയിലേക്ക് പോലും പ്രവേശിച്ചേക്കാം. കറുത്ത സിലിക്കണിന്റെ ഫോട്ടോവോൾട്ടെയ്ക് ഗുണങ്ങളുമായി സിയോണിക്സ് നിലവിൽ പരീക്ഷണം നടത്തുന്നുണ്ട്, ഇത്കറുത്ത സിലിക്കൺഭാവിയിൽ സോളാർ സെല്ലുകളിൽ ഉപയോഗിക്കും. 1. കറുത്ത സിലിക്കണിന്റെ രൂപീകരണ പ്രക്രിയ
1.1 തയ്യാറെടുപ്പ് പ്രക്രിയ
സിംഗിൾ-ക്രിസ്റ്റൽ സിലിക്കൺ വേഫറുകൾ ട്രൈക്ലോറോഎത്തിലീൻ, അസെറ്റോൺ, മെഥനോൾ എന്നിവ ഉപയോഗിച്ച് തുടർച്ചയായി വൃത്തിയാക്കുന്നു, തുടർന്ന് ഒരു വാക്വം ചേമ്പറിൽ ത്രിമാനമായി ചലിക്കുന്ന ഒരു ടാർഗെറ്റ് സ്റ്റേജിൽ സ്ഥാപിക്കുന്നു. വാക്വം ചേമ്പറിന്റെ അടിസ്ഥാന മർദ്ദം 1.3 × 10⁻² Pa-ൽ താഴെയാണ്. പ്രവർത്തിക്കുന്ന വാതകം SF₆, Cl₂, N₂, വായു, H₂S, H₂, SiH₄ മുതലായവ ആകാം, 6.7 × 10⁴ Pa-യുടെ പ്രവർത്തന മർദ്ദത്തോടെ. പകരമായി, ഒരു വാക്വം എൻവയോൺമെന്റ് ഉപയോഗിക്കാം, അല്ലെങ്കിൽ S, Se, അല്ലെങ്കിൽ Te എന്നിവയുടെ മൂലക പൊടികൾ ഒരു വാക്വത്തിൽ സിലിക്കൺ പ്രതലത്തിൽ പൂശാം. ലക്ഷ്യ ഘട്ടം വെള്ളത്തിൽ മുക്കിവയ്ക്കാനും കഴിയും. ഒരു Ti:sapphire ലേസർ റീജനറേറ്റീവ് ആംപ്ലിഫയർ ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്ന ഫെംറ്റോസെക്കൻഡ് പൾസുകൾ (800 nm, 100 fs, 500 μJ, 1 kHz) ഒരു ലെൻസ് ഉപയോഗിച്ച് ഫോക്കസ് ചെയ്ത് സിലിക്കൺ പ്രതലത്തിലേക്ക് ലംബമായി വികിരണം ചെയ്യുന്നു (ലേസർ ഔട്ട്പുട്ട് ഊർജ്ജം ഒരു അറ്റൻവേറ്റർ ഉപയോഗിച്ച് നിയന്ത്രിക്കപ്പെടുന്നു, അതിൽ ഒരു ഹാഫ്-വേവ് പ്ലേറ്റും ഒരു പോളറൈസറും അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു). ലേസർ സ്പോട്ട് ഉപയോഗിച്ച് സിലിക്കൺ ഉപരിതലം സ്കാൻ ചെയ്യുന്നതിനായി ടാർഗെറ്റ് ഘട്ടം നീക്കുന്നതിലൂടെ, വലിയ ഏരിയ കറുത്ത സിലിക്കൺ മെറ്റീരിയൽ ലഭിക്കും. ലെൻസും സിലിക്കൺ വേഫറും തമ്മിലുള്ള ദൂരം മാറ്റുന്നത് സിലിക്കൺ ഉപരിതലത്തിൽ വികിരണം ചെയ്യുന്ന ലൈറ്റ് സ്പോട്ടിന്റെ വലുപ്പം ക്രമീകരിക്കാൻ കഴിയും, അതുവഴി ലേസർ ഫ്ലൂയൻസ് മാറ്റാൻ കഴിയും; സ്പോട്ട് വലുപ്പം സ്ഥിരമാകുമ്പോൾ, ടാർഗെറ്റ് ഘട്ടത്തിന്റെ ചലിക്കുന്ന വേഗത മാറ്റുന്നത് സിലിക്കൺ ഉപരിതലത്തിന്റെ ഒരു യൂണിറ്റ് ഏരിയയിൽ വികിരണം ചെയ്യുന്ന പൾസുകളുടെ എണ്ണം ക്രമീകരിക്കാൻ കഴിയും. പ്രവർത്തിക്കുന്ന വാതകം സിലിക്കൺ ഉപരിതല മൈക്രോസ്ട്രക്ചറിന്റെ ആകൃതിയെ സാരമായി ബാധിക്കുന്നു. പ്രവർത്തിക്കുന്ന വാതകം സ്ഥിരമാകുമ്പോൾ, ലേസർ ഫ്ലൂയൻസും യൂണിറ്റ് ഏരിയയിൽ ലഭിക്കുന്ന പൾസുകളുടെ എണ്ണവും മാറ്റുന്നതിലൂടെ മൈക്രോസ്ട്രക്ചറുകളുടെ ഉയരം, വീക്ഷണാനുപാതം, അകലം എന്നിവ നിയന്ത്രിക്കാൻ കഴിയും.
1.2 സൂക്ഷ്മതല സ്വഭാവസവിശേഷതകൾ
ഫെംറ്റോസെക്കൻഡ് ലേസർ വികിരണത്തിനുശേഷം, യഥാർത്ഥത്തിൽ മിനുസമാർന്ന ക്രിസ്റ്റലിൻ സിലിക്കൺ ഉപരിതലത്തിൽ അർദ്ധ-ക്രമത്തിൽ ക്രമീകരിച്ചിരിക്കുന്ന ചെറിയ കോണാകൃതിയിലുള്ള ഘടനകളുടെ ഒരു നിര പ്രദർശിപ്പിക്കുന്നു. കോൺ മുകൾഭാഗങ്ങൾ ചുറ്റുമുള്ള വികിരണം ചെയ്യാത്ത സിലിക്കൺ പ്രതലത്തിന്റെ അതേ തലത്തിലാണ്. ചിത്രം 2-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, കോണാകൃതിയിലുള്ള ഘടനയുടെ ആകൃതി പ്രവർത്തന വാതകവുമായി ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു, ഇവിടെ (a), (b), (c) എന്നിവയിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്ന കോണാകൃതിയിലുള്ള ഘടനകൾ യഥാക്രമം SF₆, S, N₂ അന്തരീക്ഷങ്ങളിൽ രൂപം കൊള്ളുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, കോൺ മുകൾഭാഗങ്ങളുടെ ദിശ വാതകത്തിൽ നിന്ന് സ്വതന്ത്രമാണ്, കൂടാതെ എല്ലായ്പ്പോഴും ലേസർ സംഭവത്തിന്റെ ദിശയിലേക്ക് വിരൽ ചൂണ്ടുന്നു, ഗുരുത്വാകർഷണത്താൽ ബാധിക്കപ്പെടില്ല, കൂടാതെ ക്രിസ്റ്റലിൻ സിലിക്കണിന്റെ ഡോപ്പിംഗ് തരം, പ്രതിരോധശേഷി, ക്രിസ്റ്റൽ ഓറിയന്റേഷൻ എന്നിവയിൽ നിന്ന് സ്വതന്ത്രവുമാണ്; കോൺ ബേസുകൾ അസമമാണ്, അവയുടെ ചെറിയ അച്ചുതണ്ട് ലേസർ ധ്രുവീകരണ ദിശയ്ക്ക് സമാന്തരമാണ്. വായുവിൽ രൂപം കൊള്ളുന്ന കോണാകൃതിയിലുള്ള ഘടനകൾ ഏറ്റവും പരുക്കനാണ്, അവയുടെ ഉപരിതലങ്ങൾ 10–100 nm ന്റെ കൂടുതൽ സൂക്ഷ്മമായ ഡെൻഡ്രിറ്റിക് നാനോസ്ട്രക്ചറുകളാൽ മൂടപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു.
ലേസർ ഫ്ലുവൻസ് കൂടുന്തോറും പൾസുകളുടെ എണ്ണം കൂടുന്തോറും കോണാകൃതിയിലുള്ള ഘടനകൾ ഉയരത്തിലും വീതിയിലും വർദ്ധിക്കും. SF6 വാതകത്തിൽ, കോണാകൃതിയിലുള്ള ഘടനകളുടെ ഉയരം h നും സ്പെയ്സിംഗ് d നും ഒരു നോൺ-ലീനിയർ ബന്ധമുണ്ട്, ഇത് ഏകദേശം h∝dp ആയി പ്രകടിപ്പിക്കാം, ഇവിടെ p=2.4±0.1; ലേസർ ഫ്ലുവൻസ് വർദ്ധിക്കുന്നതിനനുസരിച്ച് ഉയരം h നും സ്പെയ്സിംഗ് d യും ഗണ്യമായി വർദ്ധിക്കുന്നു. ഫ്ലുവൻസ് 5 kJ/m² ൽ നിന്ന് 10 kJ/m² ആയി വർദ്ധിക്കുമ്പോൾ, സ്പെയ്സിംഗ് d 3 മടങ്ങ് വർദ്ധിക്കുന്നു, കൂടാതെ h നും d യും തമ്മിലുള്ള ബന്ധവുമായി സംയോജിപ്പിച്ചാൽ, ഉയരം h 12 മടങ്ങ് വർദ്ധിക്കുന്നു.
ഒരു ശൂന്യതയിൽ ഉയർന്ന താപനിലയിലുള്ള അനീലിംഗിന് (1200 K, 3 h) ശേഷം, കോണാകൃതിയിലുള്ള ഘടനകൾകറുത്ത സിലിക്കൺകാര്യമായ മാറ്റമൊന്നും ഉണ്ടായില്ല, പക്ഷേ ഉപരിതലത്തിലെ 10–100 nm ഡെൻഡ്രിറ്റിക് നാനോസ്ട്രക്ചറുകൾ വളരെയധികം കുറഞ്ഞു. അനീലിംഗിന് ശേഷം കോണാകൃതിയിലുള്ള പ്രതലത്തിലെ ക്രമക്കേട് കുറഞ്ഞുവെന്ന് അയോൺ ചാനലിംഗ് സ്പെക്ട്രോസ്കോപ്പി കാണിച്ചു, എന്നാൽ ഈ അനീലിംഗ് സാഹചര്യങ്ങളിൽ ക്രമക്കേടുള്ള ഘടനകളിൽ ഭൂരിഭാഗവും മാറിയില്ല.
1.3 രൂപീകരണ സംവിധാനം
നിലവിൽ, കറുത്ത സിലിക്കണിന്റെ രൂപീകരണ സംവിധാനം വ്യക്തമല്ല. എന്നിരുന്നാലും, സിലിക്കൺ ഉപരിതല മൈക്രോസ്ട്രക്ചറിന്റെ പ്രവർത്തന അന്തരീക്ഷത്തിലെ മാറ്റത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കി, ഉയർന്ന തീവ്രതയുള്ള ഫെംറ്റോസെക്കൻഡ് ലേസറുകളുടെ ഉത്തേജനത്തിൽ, വാതകത്തിനും ക്രിസ്റ്റലിൻ സിലിക്കൺ ഉപരിതലത്തിനും ഇടയിൽ ഒരു രാസപ്രവർത്തനം നടക്കുന്നുണ്ടെന്നും, ഇത് ചില വാതകങ്ങളാൽ സിലിക്കൺ ഉപരിതലത്തെ കൊത്തിവയ്ക്കാൻ അനുവദിക്കുകയും മൂർച്ചയുള്ള കോണുകൾ രൂപപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നുവെന്ന് എറിക് മസൂർ തുടങ്ങിയവർ അനുമാനിച്ചു. സിലിക്കൺ ഉപരിതല മൈക്രോസ്ട്രക്ചർ രൂപീകരണത്തിന്റെ ഭൗതികവും രാസപരവുമായ സംവിധാനങ്ങൾക്ക് കാരണമായത്: ഉയർന്ന ഫ്ലൂവൻസ് ലേസർ പൾസുകൾ മൂലമുണ്ടാകുന്ന സിലിക്കൺ അടിവസ്ത്രത്തിന്റെ ഉരുകലും അബ്ലേഷനും; ശക്തമായ ലേസർ ഫീൽഡ് സൃഷ്ടിക്കുന്ന റിയാക്ടീവ് അയോണുകളും കണികകളും ഉപയോഗിച്ച് സിലിക്കൺ അടിവസ്ത്രത്തിന്റെ കൊത്തുപണി; സബ്സ്ട്രേറ്റ് സിലിക്കണിന്റെ അബ്ലേറ്റഡ് ഭാഗത്തിന്റെ പുനർക്രിസ്റ്റലൈസേഷൻ എന്നിവയാണ് എറിക് മസൂർ തുടങ്ങിയവർ.
സിലിക്കൺ പ്രതലത്തിലെ കോണാകൃതിയിലുള്ള ഘടനകൾ സ്വയമേവ രൂപം കൊള്ളുന്നു, കൂടാതെ മാസ്ക് ഇല്ലാതെ തന്നെ ഒരു ക്വാസി-റെഗുലർ അറേ രൂപപ്പെടാൻ കഴിയും. എം.വൈ. ഷെൻ തുടങ്ങിയവർ സിലിക്കൺ പ്രതലത്തിൽ 2 μm കട്ടിയുള്ള ട്രാൻസ്മിഷൻ ഇലക്ട്രോൺ മൈക്രോസ്കോപ്പ് കോപ്പർ മെഷ് ഒരു മാസ്ക് ആയി ഘടിപ്പിച്ചു, തുടർന്ന് ഫെംടോസെക്കൻഡ് ലേസർ ഉപയോഗിച്ച് SF6 വാതകത്തിൽ സിലിക്കൺ വേഫർ വികിരണം ചെയ്തു. മാസ്ക് പാറ്റേണുമായി പൊരുത്തപ്പെടുന്ന, സിലിക്കൺ പ്രതലത്തിൽ വളരെ പതിവായി ക്രമീകരിച്ച കോണാകൃതിയിലുള്ള ഘടനകളുടെ ഒരു ശ്രേണി അവർക്ക് ലഭിച്ചു (ചിത്രം 4 കാണുക). മാസ്കിന്റെ അപ്പർച്ചർ വലുപ്പം കോണാകൃതിയിലുള്ള ഘടനകളുടെ ക്രമീകരണത്തെ സാരമായി ബാധിക്കുന്നു. മാസ്ക് അപ്പർച്ചറുകൾ വഴിയുള്ള ഇൻസിഡന്റ് ലേസറിന്റെ ഡിഫ്രാക്ഷൻ സിലിക്കൺ പ്രതലത്തിൽ ലേസർ ഊർജ്ജത്തിന്റെ ഏകീകൃതമല്ലാത്ത വിതരണത്തിന് കാരണമാകുന്നു, ഇത് സിലിക്കൺ പ്രതലത്തിൽ ആനുകാലിക താപനില വിതരണത്തിന് കാരണമാകുന്നു. ഇത് ആത്യന്തികമായി സിലിക്കൺ ഉപരിതല ഘടന ശ്രേണിയെ ക്രമപ്പെടുത്തുന്നു.