Löydät lisää toimittajan tietoja tämän tietosanakirja-artikkelin lopusta tai siirry osoitteeseen
Et ole vielä listattu? Hanki merkintä!
Excimer-laser on tehokas lasertyyppi, joka toimii lähes aina ultravioletin (UV) spektrialueella (→ ultraviolettilaserit) ja tuottaa nanosekunnin pulsseja.
Excimerin vahvistava väliaine on kaasuseos, joka sisältää tyypillisesti jalokaasua (harvinaista kaasua) (esim. argonia, kryptonia tai ksenonia) ja halogeenia (esim. fluoria tai klooria, esim. HCl:nä), paitsi heliumia ja/tai neonia puskurikaasuna.Excimer-vahvistusaineeseen pumpataan lyhyitä (nanosekunnin) virtapulsseja korkeajännitteisessä sähköpurkauksessa (tai joskus elektronisuihkulla), jolloin syntyy niin sanottuja excimerejä (kiihdytettyjä dimeerejä) – molekyylejä, jotka edustavat rakenneosiensa sidottua tilaa vain kiihdytetyssä elektronisessa tilassa, mutta eivät elektronisessa perustilassa (tarkkaan ottaen dimeeri on kahdesta samanarvoisesta atomista koostuva molekyyli, mutta termi excimer käsitetään tavallisesti sisältämään myös asymmetrisiä molekyylejä, kuten XeCl.). Termi harvinaisten kaasuhalogenidien laser olisi itse asiassa osuvampi, ja joskus käytetään myös termiä ekskipleksilaser.) Stimuloidun tai spontaanin emission jälkeen eksimeeri dissosioituu nopeasti, jolloin syntyneen säteilyn uudelleen absorptio vältetään.Näin voidaan saavuttaa melko suuri vahvistus jopa kohtalaisella eksimeerikonsentraatiolla.
Koska eksimeerilaserit käyttävät vahvistusympäristönä molekyylejä, niitä voidaan periaatteessa kutsua molekyylilasereiksi, joskin termiä käytetään tavallisesti stabiileja molekyylejä käyttävistä lasereista.
Eskimerilaserien eri tyypit säteilevät tyypillisesti aallonpituuksilla 157 ja 351 nm välillä:
| Excimer | Aallonpituus |
|---|---|
| F2 (fluori) | 157 nm |
| ArF (argonfluoridi) | 193 nm |
| KrF (kryptonfluoridi) | 248 nm |
| XeBr (ksenonbromidi) | 282 nm |
| XeCl (ksenonkloridi) | 308 nm. nm |
| XeF (ksenonfluoridi) | 351 nm |
Erilaisille näistä aallonpituuksista, on kehitetty erikoistuneita eksimerioptiikoita (ultraviolettioptiikoita), joilla on oltava korkea optinen laatu ja erityisesti erittäin korkea vastustuskyky intensiivistä ultraviolettivaloa vastaan.
Tyypilliset excimer-laserit lähettävät pulsseja, joiden toistotaajuus on jopa muutamia kilohertzejä ja keskimääräiset lähtötehot muutamasta watista satoihin watteihin, mikä tekee niistä tehokkaimpia laserlähteitä ultraviolettialueella, erityisesti alle 300 nm:n aallonpituuksilla.seinäpistehyötysuhde vaihtelee tavallisesti välillä 0 %.2 %:n ja 5 %:n välillä; elektronisuihkupumppauksella on mahdollista saada huomattavasti enemmän.
Laitteen käyttöikä
Varhaisilla excimer-lasereilla oli rajallinen käyttöikä, mikä johtui erilaisista ongelmista, jotka johtuivat mm. käytettävien kaasujen syövyttävyydestä ja kaasun saastumisesta kemiallisilla sivutuotteilla ja pölyllä, jotka syntyivät sähköpurkauksen yhteydessä.Muita haasteita ovat materiaalin ablaatio elektrodeista ja tarvittavien virtapulssien suuri huipputeho, jonka vuoksi tyratronikytkimet kestivät usein vain pari viikkoa tai kuukautta. Nykyaikaisten excimer-lasereiden käyttöikää rajoittaa nykyään ultraviolettioptiikan käyttöikä, jonka on kestettävä suuria lyhytaaltoisen säteilyn virtoja, noin muutamaan miljardiin pulssiin, sillä sen on kestettävä suuria lyhytaaltoisen säteilyn virtoja.
Exkimeerilasereiden sovellukset
Lyhyet aallonpituudet ultraviolettisäteilyn spektrialueella mahdollistavat useita sovelluksia:
- erittäin hienojen kuvioiden tuottaminen fotolitografiamenetelmillä (mikrolitografia) esimerkiksi puolijohdesirujen valmistuksessa
- materiaalin käsittely laserablaatiolla tai laserleikkauksella (esim. polymeereihin), jossa hyödynnetään monien materiaalien hyvin lyhyitä, muutaman mikrometrin suuruisia absorptiopituuksia, siten, että maltillinen muutaman joulen pulssin fluenssi neliösenttimetriä kohti riittää ablaatioon
- pulssitettuun laserpinnoitukseen
- lasien ja muovien lasermerkintään ja mikrorakentamiseen
- kuitujen Bragg-ritilöiden valmistukseen
- silmätautioppiin (silmäkirurgiaan), erityisesti näönkorjaukseen sarveiskalvon muotoilulla 193 nm:n ArF-lasereilla; yleisiä menetelmiä ovat laser in situ keratomileusis (LASIK) ja fotorefraktiivinen keratektomia (PRK)
- psoriasiksen hoito 308 nm:n XeCl-lasereilla
- pumppaamalla muita lasereita, esim.esim. tietyt väriainelaserit
- ajurit ydinfuusiota varten
Puolijohdekomponenttien valmistuksessa käytettävät fotolitografiat ovat erittäin tärkeitä sovelluksia.Tässä yhteydessä käsitellyillä puolijohdekiekkoilla olevia fotoresistejä säteilytetään suuritehoisella ultraviolettivalolla strukturoitujen fotomaskien kautta.Suuritehoinen UV-valo, jota voidaan tuottaa excimer-lasereilla, on välttämätöntä lyhyiden prosessointiaikojen ja vastaavasti suuren läpimenon saavuttamiseksi, kun taas lyhyet aallonpituudet mahdollistavat erittäin hienojen rakenteiden valmistamisen (optimoiduilla tekniikoilla jopa paljon alle optisen aallonpituuden).Litografian viimeaikainen kehitys edellyttää kuitenkin vielä lyhyempiä aallonpituuksia äärimmäisessä ultraviolettisäteessä (EUV), esim. 13,5 nm:ssä, joita ei voida enää tuottaa excimer-lasereilla.Eräitä laserilla tuotettuja plasmalähteitä kehitetään excimer-lasereiden seuraajiksi tällä alalla.Silti on odotettavissa, että excimer-lasereita käytetään vielä pitkään monien puolijohdesirujen valmistukseen, sillä vain kaikkein kehittyneimmät tietokonesirut vaativat vielä hienompia rakenteita kuin näillä tekniikoilla on mahdollista.
Laserin turvallisuus
Huomaa, että excimer-laserit herättävät monenlaisia turvallisuuskysymyksiä, jotka liittyvät korkeiden jännitteiden käyttöön, myrkyllisten kaasujen (halogeenit) käsittelyyn ja riskiin aiheuttaa ihosyöpää ja silmävaurioita ultraviolettisäteilytyksen vuoksi.
Excimer-lamput
On olemassa myös excimer-lamput, jotka käyttävät periaatteessa samantyyppistä kaasupurkausta excimer-tuotannolla kuin excimer-laserit, mutta ne eivät sisällä laserresonaattoria ja hyödyntävät siten vain spontaania emissiota.Joitakin niistä käytetään jatkuva-aaltomoodissa eikä pulssitetulla purkauksella.Niitä voidaan käyttää ultraviolettivalon lähteinä, mutta niissä on hyvin suunnatun ulostulosäteen sijaan spatiaalisesti diffuusi emissio.
Toimittajat
RP Photonicsin ostajan oppaassa on 13 toimittajaa, jotka toimittavat excimer-laserit. Niiden joukossa:
Kysymyksiä ja kommentteja käyttäjiltä
Tässä voit lähettää kysymyksiä ja kommentteja. Sikäli kuin kirjoittaja hyväksyy ne, ne ilmestyvät tämän kappaleen yläpuolelle yhdessä kirjoittajan vastauksen kanssa. Kirjoittaja päättää hyväksymisestä tiettyjen kriteerien perusteella. Olennaista on, että kysymyksen on oltava riittävän laajasti kiinnostava.
Älkää syöttäkö tänne henkilötietoja; muuten poistamme ne pian. (Katso myös tietosuojalausuntomme.) Jos haluatte saada henkilökohtaista palautetta tai neuvontaa kirjoittajalta, ottakaa häneen yhteyttä esim. sähköpostitse.
Lähettämällä tiedot annatte suostumuksenne siihen, että panoksenne mahdollisesti julkaistaan verkkosivuillamme sääntöjemme mukaisesti. (Jos myöhemmin perutte suostumuksenne, poistamme kyseiset syötteet.) Koska kirjoittaja tarkastaa syötteenne ensin, ne saatetaan julkaista hieman viiveellä.
Bibliografia
| F. G. Houtermans, ”Über Massen-Wirkung im optischen Spektralgebiet und die Möglichkeit absolut negativer Absorption für einige Fälle von Molekülspektren (Licht-Lawine)”, Helv. Phys. Acta 33, 933 (1960) | |
| I. S. Lakoba ja S. I. Yakovlenko, ”Active media of exciplex lasers (review)”, Sov. J. Quantum Electron. 10 (4), 389 (1980), doi:10.1070/QE1980v010n04ABEH01010101 | |
| J. J. Ewing, ”Excimer laser technology development”, JSTQE 6 (6), 1061 (2000), doi:10.1109/2944.902155 | |
| Ch. K. Rhodes (Toimittaja), Excimer Lasers, 2. painos, Springer, Berlin (1998) | |
| D. Basting ja G. Marowski (Toimittajat), Excimer Laser Technology, Springer, Berlin (2004) |
(Ehdota lisää kirjallisuutta!)
Katso myös: laserit, ultraviolettivalo, ultraviolettilaser, kaasulaser, molekyylilaser, excimer-lamput
ja muut artikkelit kategoriassa laserit
 |
Jos pidit tästä sivusta, jaa linkki ystävillesi ja työtovereillesi, esim.esim. sosiaalisen median kautta: Nämä jakopainikkeet on toteutettu tietosuojaystävällisellä tavalla! |
