Was ist ein Excimer LASER?
Excimer-Laser oder Exciplex-Laser ist ein Lasertyp, der ultraviolettes Licht zur Herstellung mikroelektronischer Bauelemente, integrierter Halbleiterschaltungen und Mikromaschinen verwendet. Nikolai Basov, Yu. M. Popov und VA Danilychev erfanden den Excimerlaser 1970 am Lebedev Physical Institute in Moskau. Das Wort Excimer steht für "Excited Dimer" und das Wort Exciplex für "Excited Complex". Zunächst Nikolai Basov, Yu. M. Popov und VA Danilychev verwendeten ein Xenon-Dimer oder Xe2 das wurde unter Verwendung eines Elektronenstrahls angeregt, um eine stimulierte Emission mit einer Wellenlänge von 172 nm zu erzeugen.
Wie ist ein Excimerlaser aufgebaut?
Ein Excimer- oder Exciplex-Laser wird im Allgemeinen unter Verwendung von Edelgasen wie Argon, Krypton oder Xenon zusammen mit reaktivem Halogengas wie Fluor oder Chlor konstruiert. Die Gase werden dann einer elektrischen Stimulation und einem hohen Druck ausgesetzt, was zur Bildung eines angeregten Pseudomoleküls führt, das als Excimer oder Exciplex (für Edelgashalogenide) bekannt ist. Diese Pseudomoleküle können nur in angeregten Zuständen existieren und einen Laserstrahl aus ultraviolettem Licht erzeugen. Ein Excimermolekül hat einen gebundenen angeregten Zustand und einen abstoßenden Grundzustand, der für die Laserwirkung des Moleküls verantwortlich ist.
Edelgase wie Argon, Krypton oder Xenon reagieren im Allgemeinen nicht mit anderen Molekülen, aber in einem elektrisch angeregten Zustand können sich diese Moleküle mit sich selbst (Excimer) oder mit Halogenmolekülen (Exciplex) verbinden. Das angeregte Molekül neigt dazu, seine überschüssige Energie in Form einer spontanen oder stimulierten Emission freizusetzen. Dies führt zu einem extrem abstoßenden Grundzustandsmolekül, das durch Populationsinversion schnell in seine ungebundenen Atome dissoziiert.
Excimer-Molekül - Wellenlängentabelle
Die Wellenlänge des von einem angeregten Excimer- oder Exciplexmolekül abgegebenen Lichts hängt von den Elementen ab, aus denen das Molekül besteht.
| Excimer | Wellenlänge |
| Ar2* | 126 nm |
| Kr2* | 146 nm |
| F2* | 157 nm |
| Xe2* | 172 & 175 nm |
| ArF | 193 nm |
| KrCl | 222 nm |
| KrF | 248 nm |
| XeBr | 282 nm |
| XeCl | 308 nm |
| XeF | 351 nm |
Was sind die Anwendungen von Excimer Laser?
Medizinische Anwendungen:
Excimer-Laser erzeugt ultraviolettes Licht das von organischen Verbindungen und biologischen Stoffen gut absorbiert wird. Die vom Excimerlaser bereitgestellte Intensität der UV-Lichtenergie reicht aus, um die in der Gewebeoberfläche vorhandenen molekularen Bindungen zu stören, ohne zu verbrennen oder zu schneiden. Excimerlaser dissoziieren feine Schichten über Gewebeoberflächen durch kontrollierte Ablation statt Verbrennung. Dies macht es äußerst effektiv bei der Entfernung feiner Gewebeschichten, ohne die tiefen Schichten und Organe zu stören.
Die Größe dieser Laser wirkt sich nachteilig auf medizinische Anwendungen aus. Mit der Entwicklung neuer Technologien wird die Größe heutzutage jedoch erheblich reduziert.
Wissenschaftliche Anwendungen:
Excimer-Laser werden für eine Vielzahl von wissenschaftlichen experimentellen Zwecken verwendet. Diese Laser werden auch zur weiteren Herstellung von blaugrünen Farbstofflasern verwendet, indem dieser Bereich des Spektrums angeregt wird. Die Eigenschaften dieser Laser mit kurzer Wellenlänge, großer Fluenz und nicht kontinuierlichem Strahl werden zur Ablation mehrerer Materialien in Pulslaser-Abscheidungssystemen verwendet.
Fotolithografie:
Excimerlaser spielen eine wichtige Rolle bei der Herstellung mikroelektronischer Chips (dh integrierter Halbleiterschaltungen) unter Verwendung von Fotolithografiemaschinen. Gegenwärtig wird tiefes ultraviolettes (DUV) Licht von KrF- und ArF-Excimerlasern verwendet, um die Größe der Transistoren auf 7 Nanometer zu verkleinern. Die Excimer-Lithographie hat auf dem Gebiet der Halbleiterbauelemente einen enormen Beitrag geleistet.
Wie hoch ist die Pulswiederholungsrate von Excimerlasern?
Excimer- oder Exciplexlaser, die von Elektronenstrahlen gepumpt werden, können Impulse mit hoher Einzelenergie erzeugen, die normalerweise durch lange Zeiträume getrennt sind. Durch Entladung gepumpte Excimerlaser erzeugen vergleichsweise einen stetigen Impulsstrom. Diese Laser haben eine signifikant höhere Pulswiederholungsrate von etwa 100 Hz und einen viel geringeren Platzbedarf.
Die durchschnittliche Leistung eines Excimer-Lasers ist das Produkt der Wiederholungsrate oder der Anzahl der Impulse pro Sekunde mit Impulsenergie (in Joule). Die durchschnittliche Leistung eines Excimer- oder Exciplex-Lasers liegt zwischen 1 Watt und 100 Watt. Eine ähnliche durchschnittliche Leistung bedeutet nicht unbedingt, dass die Laserleistung gleich wäre. Sobald die Wiederholungsrate einen bestimmten Wert überschreitet, wird die pro Impuls erzeugte Energie reduziert.
Weitere Informationen zur nichtlinearen Optik, mit der Laser arbeiten, finden Sie unter https://techiescience.com/detailed-analysis-on-nonlinear-optics/
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