لیزر اگزایمر
تعریف: لیزرهایی که در آنها تقویت اپتیکی در یک پلاسمای شامل دیمرهای تحریک شده (یا دیگر مولکولها) با حالت پایه الکترونیکی پاد پیوند اتفاق می افتد.
لیزر اگزایمر

تعریف: لیزرهایی که در آنها تقویت اپتیکی در یک پلاسمای شامل دیمرهای تحریک شده (یا دیگر مولکولها) با حالت پایه الکترونیکی پاد پیوند اتفاق می افتد.
لیزر اگزایمر لیزر قدرتمندی است که تقریباً همیشه در ناحیه فرابنفش تابش می کند و پالسهای نانوثانیه تولید می کند.  محیط بهره اگزایمر یک مخلوط گازی است که معمولاً جدا از هلیوم یا زنون که به عنوان گاز بافر هستند، شامل گازهای کمیاب مانند آرگون، کریپتون، زنون و یا یک هالوژن (فلورین یا کلرین مانند HCl) هستند. یک محیط بهره اگزایمر توسط پالسهای کوتاه جریان (نانوثانیه) در یک تخلیه الکتریکی ولتاژ- بالا یا گاهی اوقات توسط یک باریکه الکترونی پمپاژ می شود و اگزایمرها (دیمرهای تحریک شده) را تولید می کنند. این مولکولها یک حالت مرزی از عناصر سازنده شان را فقط در حالت الکتریکی تحریک شده و نه در حالت پایه الکتریکی از خود نشان می دهند. بطور دقیق تر، یک دیمر مولکولی است شامل دو اتم یکسان ولی اصطلاح اگزایمر شامل مولکولهای نامتقارن مانند XeCl است. اطلاق اصطلاح لیزرهای گازهای هالید کمیاب در این مورد می تواند مناسب تر باشد و گاهی اوقات نیز واژه لیزرهای اکسیپلکس استفاده می شود. پس از گسیل خودبخودی یا القایی، اگزایمر به سرعت تجزیه می شود بطوریکه از بازجذب تابش ایجاد شده اجتناب می شود. این مسئله سبب می شود که حتی برای غلظت متوسط اگزایمرها بهره نسبتاً بالایی حاصل شود.
انواع گوناگون لیزرهای اگزایمر که معمولاً در طول موجهای 175 تا 351 نانومتر نور گسیل می کنند:
اگزایمر                                طول موج (nm)
F2 (فلورین)                                          157
 ArF (آرگون فلوراید)                          193
KrF (کریپتون فلوراید)                         248
XeBr (زنون بروماید)                           282
XeCl (زنون کلوراید)                          308
XeF (زنون فلوراید)                            351
معمولاً لیزرهای اگزایمر پالسهایی با نرخ تکرار تا چند کیلو هرتز و میانگین توان خروجی بین چند وات تا چند صد وات تولید می کنند که موجب میشود این لیزرها از قوی ترین منابع لیزری در محدوده فرابنفش و بخصوص طول موجهای کمتر از 300  نانومتر بشمار آیند. بازده کلی این لیزرها بین 0.2 درصد تا 2 درصد است.

طول عمر ابزار
لیزرهای اگزایمر اولیه بدلیل مشکلات متعدد مانند طبیعت خورنده گازهای استفاده شده و تشکیل آلودگی گازها با فرآورده های جنبی و همچنین ذره های ایجاد شده از تخلیه الکتریکی، طول عمر کمی داشتند. مشکلات دیگر شامل ساییدگی ماده الکترود و پیک توان بالای پالسهای جریان مورد نیاز بود که اغلب باعث می شد کلید تيراترون فقط برای چند هفته یا چند ماه عمر کند. این در حالی است که بسیاری از روشهای مهندسی برای حل این معضل شامل بکارگیری مواد مقاوم در برابر سایش، سیستمهای پاک کننده و کلیدهای حالت جامد ولتاژ بالا بکار گرفته شدند تا مشکلات مربوط به لیزرهای اگزایمر تا حد زیادی رفع شوند. هم اکنون طول عمر لیزرهای اگزایمر مدرن با اپتیک های UV محدود می شوند زیرا باید شارشهای بالای تابش طول موجهای کوتاه را تا چیزی در حدود چند بیلیون پالس تحمل کنند.

کاربردها
طول موج کوتاه در ناحیه طیفی فرابنفش چندین کاربرد عمده دارد:
  • تولید طرحهای بسیار ریز با روش لیتوگرافی (میکرولیتوگرافی) به عنوان مثال در تولید چیپ نیمه هادی
  • فرآوری مواد توسط سایش لیزری. در این کاربرد امکان استخراج طول جذب های بسیار کوتاه در حد چند میکرومتر در بسیاری از مواد میسر است، بطوریکه شارش پالسهای متوسط چند ژول بر سانتی متر مکعب برای سایش کافی است.
  • لایه نشانی لیزری پالسی
  • حکاکی لیزری و میکروساختاری شیشه ها و پلاستیک ها
  • ساخت توریهای براگ فیبری
  • چشم پزشکی (جراحی چشم)، بخصوص برای اصلاح بینایی با تغییر شکل دادن قرنیه توسط لیزر ArF در طول موج 193 نانومتر. روشهای متداول جراحی کراتومیلسیس (LASIK) و کراتکتومی (PRK) هستند.
  • درمان پسوریازیس با لیزر XeCl با طول موج 308 نانومتر
  • پمپاژ سایر لیزرها به عنوان مثال لیزرهای رنگی خاص
فتولیتوگرافی در ساخت ادوات نیمه هادی کاربردی است که از اهمیت بالایی برخوردار است. در این مورد فتورزیست لایه نشانی شده بر روی ویفر نیمه هادی از میان فوتوماسک تحت تابش نور فرابنفش پرتوان قرار می گیرد. مادامیکه طول موجهای کوتاه امکان ساخت ساختارهای بسیار ریز (حتی کمتر از طول موج اپتیکی) را فراهم می سازند، نور فرابنفش پرتوانی که می تواند توسط لیزر اگزایمر تولید شود برای دستیابی به زمانهای فرآیندی کوتاه و متناظراً توان بازدهی بالا ضروری است. پیشرفتهای اخیر در لیتوگرافی این فرآیند را به طول موجهای کوتاه تر در ناحیه حدی فرابنفش (EUV) مثلاً در 13.5 نانومتر سوق داده است، که می توانند به زودی توسط لیزرهای اگزایمر تولید شوند. منابع پلاسمایی خاص تولید شده با لیزر به عنوان جانشینان لیزرهای اگزایمر در آن ناحیه توسعه یافته اند. انتظار می رود لیزرهای اگزایمر برای ساخت بسیاری از چیپهای نیمه هادی برای مدت زمان طولانی مورد استفاده قرار بگیرند، در حالیکه بسیاری از چیپهای کامپیوتری پیشرفته به ساختارهای ریزتری از چیزی که با این تکنیکها قابل دستیابی است، نیازمند هستند.

ایمنی لیزر
نکات ایمنی متعددی در مورد لیزرهای اگزایمر شامل کار با ولتاژهای بالا، تماس با گازهای سمی (هالوژن ها) و احتمال ابتلا به سرطان پوست و آسیب چشمی ناشی از تابش نور فرابنفش، باید در نظر گرفته شوند.
 


   |    1397/8/19