Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
"EUV" перенаправляется сюда. Для техники литографии см. Литография в крайнем ультрафиолете .
Составное изображение Солнца в крайнем ультрафиолетовом диапазоне (красный: 21,1 нм, зеленый: 19,3 нм, синий: 17,1 нм), полученное обсерваторией Solar Dynamics 1 августа 2010 г., на котором видна солнечная вспышка и корональный выброс массы.
Крайний ультрафиолетовый свет 13,5 нм коммерчески используется для фотолитографии как часть процесса производства полупроводников . На этом изображении показан ранний экспериментальный инструмент.

Экстремальные ультрафиолетовое излучение ( ВУФ или XUV ) или высокой энергии ультрафиолетового излучения электромагнитного излучения в части электромагнитного спектра , охватывающей длины волн от 124  нм до 10 нм, и , следовательно , (по уравнению Планка-Эйнштейна ) , имеющие фотоны с энергией от 10  эВ до 124 эВ (соответствует от 124 нм до 10 нм соответственно). EUV естественным образом генерируется солнечной короной и искусственно плазмой , источниками генерации высоких гармоник иисточники синхротронного света . Поскольку УФС простирается до 100 нм, термины частично совпадают.

Основное применение крайнего ультрафиолетового излучения - фотоэлектронная спектроскопия , получение изображений Солнца и литография . В воздухе EUV является наиболее поглощаемым компонентом электромагнитного спектра, для передачи которого требуется высокий вакуум .

Поколение EUV [ править ]

Нейтральные атомы или конденсированное вещество не могут испускать EUV-излучение. Сначала должна произойти ионизация . EUV-свет может испускаться только электронами, которые связаны с многозарядными положительными ионами; например, чтобы удалить электрон из +3 заряженного иона углерода (три электрона уже удалены) требуется около 65 эВ . [1] Такие электроны более тесно связаны, чем типичные валентные электроны . Существование многозарядных положительных ионов возможно только в горячей плотной плазме . Альтернативно, свободные электроны и ионы могут быть сгенерированы временно и мгновенно интенсивным электрическим полем о наличии очень высокой гармоникалазерный луч. Электроны ускоряются по мере того, как они возвращаются к родительскому иону, высвобождая фотоны более высокой энергии при пониженной интенсивности, которая может быть в диапазоне EUV. Если выпущенные фотоны представляют собой ионизирующее излучение , они также будут ионизировать атомы среды, генерирующей гармоники , истощая источники генерации высших гармоник. Освобожденные электроны ускользают, поскольку электрическое поле EUV-света недостаточно интенсивно, чтобы заставить электроны переходить на более высокие гармоники, в то время как родительские ионы уже не так легко ионизируются, как первоначально нейтральные атомы. Следовательно, процессы генерации EUV и поглощения (ионизации) сильно конкурируют друг с другом.

Однако в 2011 году Shambhu Ghimire et al. впервые наблюдалась генерация высоких гармоник в объемном кристалле ZnO. Интересно вложить в возможность и механизм ГВГ в твердом состоянии. EUV-излучение может испускаться в SiO 2 или сапфире .

Прямая настраиваемая генерация EUV [ править ]

EUV-свет также может испускаться свободными электронами, вращающимися вокруг синхротрона .

Непрерывно настраиваемый узкополосный EUV-свет может генерироваться четырехволновым смешением в газовых ячейках из криптона и водорода до длин волн всего 110 нм. [2] В газовых камерах без окон фиксированное четырехволновое смешение наблюдалось на глубине 75 нм.

Поглощение EUV в веществе [ править ]

Когда EUV-фотон поглощается, фотоэлектроны и вторичные электроны генерируются за счет ионизации , подобно тому, как это происходит, когда рентгеновские лучи или электронные лучи поглощаются веществом. [3]

Реакция вещества на EUV-излучение может быть описана следующими уравнениями: Точка поглощения: EUV-энергия фотона = 92 эВ = энергия связи электрона + начальная кинетическая энергия фотоэлектрона; в пределах 3 длин свободного пробега фотоэлектрона (1-2 нм): уменьшение кинетической энергии фотоэлектрона = потенциал ионизации + кинетическая энергия вторичных электронов; в пределах 3 длин свободного пробега вторичного электрона (~ 30 нм): 1) уменьшение кинетической энергии вторичного электрона = потенциал ионизации + кинетическая энергия третичного электрона, 2) электрон mN-го поколения замедляется помимо ионизации за счет нагрева ( генерация фононов ), 3) кинетическая энергия электронов конечной генерации ~ 0 эВ => диссоциативное прилипание электронов + тепло, гдеПотенциал ионизации обычно составляет 7–9 эВ для органических материалов и 4–5 эВ для металлов. Фотоэлектрон впоследствии вызывает эмиссию вторичных электронов в процессе ударной ионизации . Иногда возможен также оже-переход , приводящий к испусканию двух электронов с поглощением одного фотона.

Строго говоря, фотоэлектроны, оже-электроны и вторичные электроны сопровождаются положительно заряженными дырками (ионами, которые можно нейтрализовать, вытягивая электроны из соседних молекул), чтобы сохранить нейтральность заряда. Электронно-дырочную пару часто называют экситоном . Для высокоэнергетических электронов расстояние между электронами и дырками может быть довольно большим, а энергия связи, соответственно, низкой, но при более низкой энергии электрон и дырка могут быть ближе друг к другу. Сам экситон диффундирует на довольно большое расстояние (> 10 нм). [4] Как следует из названия, экситон - это возбужденное состояние; только когда он исчезает при рекомбинации электрона и дырки, могут образовываться стабильные продукты химической реакции.

Поскольку глубина поглощения фотонов превышает глубину выхода электронов, по мере замедления высвобождаемых электронов они в конечном итоге рассеивают свою энергию в виде тепла. Волны EUV поглощаются намного сильнее, чем длинноволновые, поскольку соответствующие им энергии фотонов превышают запрещенные зоны всех материалов. Следовательно, их эффективность нагрева значительно выше и характеризуется более низкими порогами термической абляции в диэлектрических материалах. [5]

Солнечные минимумы / максимумы [ править ]

Определенные длины волн EUV варьируются на целых 2 порядка [6] [ неудачная проверка ] между солнечными минимумами и максимумами и, следовательно, могут способствовать климатическим изменениям , особенно охлаждению атмосферы во время солнечного минимума .

EUV повреждение [ править ]

Как и другие формы ионизирующего излучения , EUV- излучение и электроны, прямо или косвенно выделяемые EUV-излучением, являются вероятным источником повреждения устройства . Повреждение может быть результатом десорбции оксида [7] или захваченного заряда после ионизации. [8] Повреждение может также произойти из-за неопределенного положительного заряда, вызванного эффектом Мальтера . Если свободные электроны не могут вернуться, чтобы нейтрализовать чистый положительный заряд, десорбция положительных ионов [9] - единственный способ восстановить нейтральность. Однако десорбцияпо существу означает, что поверхность деградирует во время экспонирования, и, кроме того, десорбированные атомы загрязняют любую открытую оптику. Повреждение EUV уже было задокументировано при радиационном старении ПЗС телескопа с экстремальным ультрафиолетовым излучением (EIT). [10]

Радиационное повреждение - это хорошо известная проблема, которая изучалась в процессе плазменной обработки повреждений. Недавнее исследование синхротрона Университета Висконсина показало, что длины волн ниже 200 нм способны измерять заряд поверхности. [11] EUV-излучение показало положительный заряд в сантиметрах за пределами экспозиции, в то время как VUV- излучение (вакуумное ультрафиолетовое излучение) показало положительный заряд в пределах экспозиции.

Исследования с использованием фемтосекундных импульсов EUV на лазере на свободных электронах в Гамбурге ( FLASH ) показали, что пороги повреждения, вызванного термическим плавлением, ниже 100 мДж / см 2 . [12]

Более раннее исследование [13] показало, что электроны, создаваемые «мягким» ионизирующим излучением, все еще могут проникать на ~ 100 нм ниже поверхности, что приводит к нагреву.

См. Также [ править ]

  • Экстремальный ультрафиолетовый исследователь
  • Эксперимент с экстремальной ультрафиолетовой изменчивостью
  • Телескоп экстремального ультрафиолета
  • Генерация высоких гармоник
  • ЧИПСАТ
  • Литография в крайнем ультрафиолете
  • Список статей по физике плазмы

Ссылки [ править ]

  1. ^ "Периодическая таблица элементов по WebElements" . www.webelements.com .
  2. ^ Штраус, CEM; Функ, ди-джей (1991). «Широко настраиваемая генерация ВУФ-излучения с использованием двухфотонных резонансов в H2 и Kr» . Письма об оптике . 16 (15): 1192–4. Bibcode : 1991OptL ... 16.1192S . DOI : 10.1364 / ol.16.001192 . PMID 19776917 . 
  3. ^ Хенке, Бертон L .; Smith, Jerel A .; Аттвуд, Дэвид Т. (1977). «Рентгеновское излучение твердых тел с энергией 0,1–10 кэВ - модели и измерения вторичных электронов». Журнал прикладной физики . Издательство AIP. 48 (5): 1852–1866. Bibcode : 1977JAP .... 48.1852H . DOI : 10.1063 / 1.323938 . ISSN 0021-8979 . 
  4. ^ Бремс, Пер; Йоханссон, Никлас; Gymer, Ричард В .; Грэм, Стивен С .; Друг, Ричард Х .; Саланек, Уильям Р. (1999). «Низкоэнергетическая электронная деградация поли (п-фениленвинилена)». Современные материалы . Вайли. 11 (10): 826–832. DOI : 10.1002 / (sici) 1521-4095 (199907) 11:10 <826 :: aid-adma826> 3.0.co; 2-н . ISSN 0935-9648 . 
  5. ^ А. Ritucciдр., «Повреждение и удаление больших диэлектриков ширина запрещенной зоныиндуцированные 46,9 нм лазерным лучом», 9 марта 2006 Отчет UCRL-Jrnl-219656 архивации 25 января 2017, в Wayback Machine (Lawrence Livermore National Лаборатория).
  6. ^ Стон, Йохан; Юзениене, Аста (2010). «Солнечная радиация и здоровье человека» . Журнал фотохимии и фотобиологии B: Биология . Elsevier BV. 101 (2): 109–110. DOI : 10.1016 / j.jphotobiol.2010.08.004 . ISSN 1011-1344 . 
  7. ^ Ercolani, D .; Лаццарино, М .; Мори, G .; Ressel, B .; Сорба, Л .; Локателли, А .; Cherifi, S .; Ballestrazzi, A .; Хойн, С. (2005). «Десорбция оксида GaAs в экстремальном ультрафиолетовом потоке фотонов». Современные функциональные материалы . Вайли. 15 (4): 587–592. DOI : 10.1002 / adfm.200400033 . ISSN 1616-301X . 
  8. ^ DiMaria, DJ; Cartier, E .; Арнольд, Д. (1993). «Ударная ионизация, создание ловушек, деградация и разрушение пленок диоксида кремния на кремнии». Журнал прикладной физики . Издательство AIP. 73 (7): 3367–3384. DOI : 10.1063 / 1.352936 . ISSN 0021-8979 . 
  9. ^ Аказава Housei (1998). «Мягкая стимулированная рентгеновскими лучами десорбция положительных ионов с поверхностей аморфного SiO 2 ». Журнал вакуумной науки и технологий A: Вакуум, поверхности и пленки . Американское вакуумное общество. 16 (6): 3455–3459. DOI : 10.1116 / 1.581502 . ISSN 0734-2101 . 
  10. ^ Defise, Жан-Марк; Клетт, Фредерик; Моисей, Дж. Дэниел; Хохедес, Жан-Франсуа Э. (1997-10-15). Орбитальная диагностика радиационно-индуцированного старения EIT EUV CCD (PDF) . Оптика, техника и приборостроение. 3114 . ШПИОН. С. 598–607. DOI : 10.1117 / 12.278903 .
  11. ^ JL Shohet, http://pptl.engr.wisc.edu/Nuggets%20v9a.ppt Архивировано 29 августа 2006 г.в Wayback Machine
  12. ^ R. Sobierajski et al. , http://hasyweb.desy.de/science/annual_reports/2006_report/part1/contrib/40/17630.pdf
  13. ^ "FEL 2004 - ВУФ импульсные взаимодействия с твердыми телами" (PDF) .

Внешние ссылки [ править ]

  • Расширение Mediawiki: EUV