Ekstrem ultrafiolett - Extreme ultraviolet

"EUV" omdirigerer hit. For litografiteknikk, se Ekstrem ultrafiolett litografi .
Ekstremt ultrafiolett sammensatt bilde av solen (rødt: 21,1 nm, grønt: 19,3 nm, blått: 17,1 nm) tatt av Solar Dynamics Observatory 1. august 2010 og viser en solbluss og koronal masseutkast
13,5 nm ekstremt ultrafiolett lys brukes kommersielt til fotolitografi som en del av halvlederfabrikasjonsprosessen . Dette bildet viser et tidlig, eksperimentelt verktøy.

Ekstrem ultrafiolett stråling ( EUV eller XUV ) eller høyenergi ultrafiolett stråling er elektromagnetisk stråling i den delen av det elektromagnetiske spekteret som spenner over bølgelengder fra 124  nm ned til 10 nm, og har derfor (av Planck – Einstein-ligningen ) fotoner med energier fra 10  eV opp til 124 eV (tilsvarende henholdsvis 124 nm og 10 nm). EUV genereres naturlig av solkoronaen og kunstig av plasma , generasjoner med høy harmonisk generasjon og synkrotronlyskilder . Siden UVC strekker seg til 100 nm, er det noe overlapping i vilkårene.

De viktigste bruksområdene for ekstrem ultrafiolett stråling er fotoelektronspektroskopi , solavbildning og litografi . I luft er EUV den mest absorberte komponenten i det elektromagnetiske spekteret, og krever høyt vakuum for overføring.

EUV generasjon

Nøytrale atomer eller kondensert materiale kan ikke avgi EUV-stråling. Jonisering må skje først. EUV-lys kan bare sendes ut av elektroner som er bundet til fleretallede positive ioner; for eksempel å fjerne et elektron fra et +3 ladet karbonion (tre elektroner som allerede er fjernet) krever omtrent 65 eV . Slike elektroner er tettere bundet enn typiske valenselektroner . Eksistensen av fleretallede positive ioner er bare mulig i et varmt tett plasma . Alternativt kan de frie elektronene og ionene genereres midlertidig og øyeblikkelig av det intense elektriske feltet til en meget høy-harmonisk laserstråle. Elektronene akselererer når de kommer tilbake til foreldreionet, og frigjør fotoner med høyere energi ved reduserte intensiteter, som kan være i EUV-området. Hvis de frigjorte fotonene utgjør ioniserende stråling , vil de også ionisere atomene til det harmonisk- genererende mediet, og tømme kildene til høyere-harmonisk generasjon. De frigjorte elektronene slipper unna siden det elektriske feltet til EUV-lyset ikke er intens nok til å drive elektronene til høyere harmoniske, mens foreldreionene ikke lenger er like ioniserte som de opprinnelig nøytrale atomene. Derfor konkurrerer prosessene med generering og absorpsjon av EUV (ionisering) sterkt mot hverandre.

Imidlertid, i 2011, Shambhu Ghimire et al. først observert høyharmonisk generering i bulk krystall ZnO. Det vekker interesse å investere muligheten og mekanismen for HHG i solid state. EUV-stråling kan sendes ut i SiO 2 eller Sapphire .

Direkte innstillbar generasjon av EUV

EUV-lys kan også sendes ut av frie elektroner som kretser rundt en synkrotron .

Kontinuerlig avstemmelig EUV-lys med smalbånd kan genereres ved blanding av fire bølger i krypton- og hydrogenceller til bølgelengder så lave som 110 nm. I vindusfrie gasskamre er faste bølgeblandinger sett på så lave som 75 nm.

EUV-absorpsjon i materie

Når en EUV-foton absorberes, genereres fotoelektroner og sekundære elektroner ved ionisering , omtrent som det som skjer når røntgenstråler eller elektronstråler absorberes av materie.

Materiens respons på EUV-stråling kan fanges i følgende ligninger: Absorpsjonspunkt: EUV foton energi = 92 eV = Elektron bindende energi + fotoelektron initial kinetisk energi; innen 3 gjennomsnittlige frie baner for fotoelektron (1–2 nm): reduksjon av fotoelektron kinetisk energi = ioniseringspotensial + sekundær elektron kinetisk energi; innen 3 gjennomsnittlige frie veier for sekundær elektron (~ 30 nm): 1) reduksjon av sekundær elektron kinetisk energi = ioniseringspotensial + tertiær elektron kinetisk energi, 2) mNth generasjons elektron bremser bortsett fra ionisering ved oppvarming ( fonon generering), 3) sluttgenerasjon elektron kinetisk energi ~ 0 eV => dissosiativ elektronfeste + varme, der ioniseringspotensialet typisk er 7–9 eV for organiske materialer og 4–5 eV for metaller. Fotoelektronen forårsaker deretter utslipp av sekundære elektroner gjennom slag av ionisering . Noen ganger er en Auger-overgang også mulig, noe som resulterer i utslipp av to elektroner med absorpsjon av en enkelt foton.

Strengt tatt ledsages fotoelektroner, Auger-elektroner og sekundære elektroner av positivt ladede hull (ioner som kan nøytraliseres ved å trekke elektroner fra molekyler i nærheten) for å bevare ladningsneutralitet. Et elektronhullspar blir ofte referert til som en exciton . For svært energiske elektroner kan elektronhullseparasjonen være ganske stor og bindingsenergien er tilsvarende lav, men ved lavere energi kan elektronet og hullet være nærmere hverandre. Selve eksitonen diffunderer ganske stor avstand (> 10 nm). Som navnet antyder, er en exciton en opphisset tilstand; bare når det forsvinner når elektron og hull rekombineres, kan stabile kjemiske reaksjonsprodukter dannes.

Siden fotonabsorpsjonsdybden overstiger elektronutløpsdybden, ettersom de frigitte elektronene til slutt bremser, sprer de energien til slutt som varme. EUV-bølgelengder absorberes mye sterkere enn lengre bølgelengder, siden deres tilsvarende fotonenergier overstiger båndgapene til alle materialer. Følgelig er deres oppvarmingseffektivitet betydelig høyere, og har blitt preget av lavere terskler for termisk ablasjon i dielektriske materialer.

Solminima / maksima

Visse bølgelengder av EUV varierer med så mye som 2 størrelsesordener mellom solminima og maksima , og kan derfor bidra til klimatiske endringer , særlig kjøling av atmosfæren under solminimum .

EUV-skade

I likhet med andre former for ioniserende stråling er EUV og elektroner som frigjøres direkte eller indirekte av EUV-stråling, en sannsynlig kilde til enhetsskade . Skade kan skyldes oksyd desorpsjon eller fanget ladning etter ionisering. Skade kan også oppstå ved ubestemt positiv lading av Malter-effekten . Hvis frie elektroner ikke kan komme tilbake for å nøytralisere den netto positive ladningen, er positiv ionesorpsjon den eneste måten å gjenopprette nøytraliteten. Imidlertid desorpsjon i det vesentlige innebærer at overflaten blir degradert under eksponeringen, og dessuten kan de desorberte atomene forurense noen utsatte optikk. EUV-skade er allerede dokumentert i CCD-strålingens aldring av Extreme UV Imaging Telescope (EIT).

Strålingsskader er et kjent problem som har blitt studert i prosessen med plasmaprosesseringsskader. En fersk studie ved University of Wisconsin Synchrotron indikerte at bølgelengder under 200 nm er i stand til å måle overflatelading. EUV-stråling viste positive ladingscentimeter utenfor grensene for eksponering, mens VUV (Vacuum Ultraviolet) -stråling viste positiv lading innenfor grensene for eksponering.

Studier ved bruk av EUV femtosekundpulser ved Free Electron Laser i Hamburg ( FLASH ) indikerte termiske smelteinduserte skadeterskler under 100 mJ / cm 2 .

En tidligere studie viste at elektroner produsert av den 'myke' ioniserende strålingen fremdeles kunne trenge ~ 100 nm under overflaten, noe som resulterte i oppvarming.

Se også

Referanser

Eksterne linker