
作者:维尔克斯 时间:2025-10-28 10:20:34
EUV/XUV激光等离子体源 (Laser-plasma source)具体介绍:
通过将强Nd:YAG激光聚焦到脉冲气体靶中,可以点燃一个极紫外EUV等离子体。该光源在13.5 nm波长处可提供约4 mJ的脉冲能量,重复频率为1-10 Hz。其最显著的特点之一是结构紧凑,允许在实验室环境下进行EUV实验。经过优化的喷嘴几何形状可实现高达0.45%的转换效率。此台式极紫外与软X射线等离子源由哥廷根激光实验室(Laser-Laboratorium Göttingen)开发。等离子体由一台1064 nm, 800 mJ, 7 ns 的Nd:YAG激光器聚焦到脉冲气体射流中产生。可使用不同的靶气体来分别产生强宽带辐射(XUV:氪 Kr, 氩 Ar; EUV:氙 Xe)或较弱但窄带的辐射(XUV:氮 N; EUV:氧 O)。该等离子光源规格参数如下:
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Table-Top EUV/Soft X-ray Source |
参数 |
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波长(nm) |
1-20 |
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脉冲持续时间(ns) |
7 |
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脉冲能量(氙 Xe) |
3.5 mJ(4π球面度立体角,2% 带宽) |
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转换效率(氙 Xe) |
0.45% |
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等离子体形状尺寸(μm) |
Ø~300 |
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重复频率(Hz) |
10 |
Table-Top EUV/Soft X-ray Source具备碎屑污染少、3.5 mJ高EUV能量、气体消耗量极低(脉冲持续时间< 1 ms)、靶气体更换简便与台式系统结构紧凑等优势。在应用方面可用于反射率测量,NEXAFS吸收光谱、光学/传感器测试、EUV损伤研究、材料相互作用的基础研究与水窗波段显微镜 (λ=2-4 nm)之中。
上图为通过椭圆透镜软X射线聚焦草图,通过激光粉图层CCD捕捉到以下的强度分布图。后续可通过软X射线显微镜得到如下所示的光束型状。
德国IFNANO的EUV/XUV激光等离子体源是一种紧凑型实验室光源,它通过高能激光激发等离子体,产生极紫外和软X射线(波长1-30nm)。使用该设备,研究人员可以在自己的实验室里进行光谱、反射率等测试,无需再依赖大型且昂贵的同步辐射装置,从而实现了独立、便捷的材料研究。台式极紫外与软X射线等离子源具有低碎屑污染、3.5mJ高紫外能量、极低气体消耗量,气体脉冲持续时间<1ms、简便的靶气体更换与桌面级实验平台等优点,常应用于近边X射线吸收精细结构谱NEXAFS中进行反射或吸收光谱、光学/传感器测试、极紫外损伤研究、材料相互作用的基础研究或2-4nm的“水窗”波段显微镜中。
EUV/XUV激光等离子体源原理,由高能激光聚焦于气体靶,发射光谱取决于靶气体类型。以下为不同靶气体的发射光谱。

EUV光束聚焦系统:
为产生高能量密度的极紫外辐射,德国IFNANO开发了一款针对13.5 nm辐射优化的改进型极紫外施瓦茨希尔德物镜(EUV Schwarzschild Objective)。该物镜由两个球形反射镜组成,基底采用ULE超低膨胀玻璃。该EUV光束聚焦系统通过钼/硅(Mo/Si)多层膜涂层使每个镜面反射率接近70%。系统孔径为0.44,放大倍率为0.1。在约100 mJ/cm²的能量密度下,所产生的极紫外聚焦光斑直径小于30 μm。该极紫外施瓦茨希尔德物镜规格参数如下:
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EUV Schwarzschild Objective |
参数 |
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数值孔径(nm) |
0.4 |
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缩倍率(ns) |
10倍 |
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Mo/Si多层膜涂层 @13.5nm反射率 |
>65% |
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聚焦光斑直径(μm) |
<30 |
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分辨率(nm) |
<200 |
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极紫外注量(mJ/cm²) |
~100 |
借助此台式极紫外与软X射线等离子源和EUV光束聚焦系统,可以产生直径小于30微米、能量密度约100毫焦/平方厘米的聚焦光斑。因此,利用掩模投影技术,可以实现对不同材料的直接结构化加工。
德国IFNANO的极紫外光束聚焦系统,旨在探究脉冲软X射线辐射与物质相互作用的机理,以实现高分辨率直接结构化加工。如在氟化锂(LiF)晶体中生成色心、对聚合物(如聚甲基丙烯酸甲酯PMMA)进行直接光刻蚀,以及测定光刻胶在极紫外波段的感光度。
通过栅格扫描极紫外光斑直写LiF晶体色心,通过聚焦的极紫外辐射对PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)进行刻蚀,工作光斑直径分别为5μm和1μm。