Экстремальный ультрафиолет

Экстремальное ультрафиолетовое излучение ( EUV или XUV ) или высокой энергии ультрафиолетовое излучение — это электромагнитное излучение в части электромагнитного спектра, охватывающей длины волн короче линии Лайман-альфа водорода, от 121 нм до рентгеновского диапазона 10 нм. По уравнению Планка-Эйнштейна EUV фотоны имеют энергию от 10,26 эВ до 124,24 эВ, куда мы вводим энергии рентгеновских лучей. EUV естественным образом генерируется солнечной короной и искусственно плазмой , источниками генерации высоких гармоник и синхротронного света источниками . Поскольку длина волны UVC достигает 100 нм, эти термины частично совпадают.

Основными применениями крайнего ультрафиолетового излучения являются фотоэлектронная спектроскопия , получение изображений Солнца и литография . В воздухе EUV является наиболее сильно поглощаемым компонентом электромагнитного спектра, требуется высокий вакуум для передачи которого .

EUV-генерация

Нейтральные атомы или конденсированное вещество не имеют достаточно больших энергетических переходов, чтобы испускать EUV-излучение. Ионизация должна произойти в первую очередь. EUV-свет может излучаться только электронами, связанными с многозарядными положительными ионами; например, чтобы оторвать электрон от +3 заряженного иона углерода (три электрона уже удалены), требуется около 65 эВ . ^{[ 1 ]} Такие электроны более прочно связаны, чем типичные валентные электроны . Существование многозарядных положительных ионов возможно только в горячей плотной плазме . Альтернативно, свободные электроны и ионы могут временно и мгновенно генерироваться интенсивным электрическим полем лазерного луча очень высокой гармоники . Электроны ускоряются, возвращаясь к родительскому иону, высвобождая фотоны с более высокой энергией и меньшей интенсивностью, которая может находиться в EUV-диапазоне. Если высвободившиеся фотоны представляют собой ионизирующее излучение , они также ионизируют атомы среды, генерирующей гармоники , истощая источники генерации высших гармоник. Освободившиеся электроны ускользают, поскольку электрическое поле EUV-излучения недостаточно интенсивно, чтобы перевести электроны на более высокие гармоники, а родительские ионы уже не так легко ионизируются, как первоначально нейтральные атомы. Следовательно, процессы генерации и поглощения ЭУФ (ионизации) сильно конкурируют друг с другом.

Однако в 2011 году Шамбху Гимире и др. впервые наблюдал генерацию высоких гармоник в объемных кристаллах оксида цинка . Вызывает интерес рассмотреть возможность и механизм ГГВГ в твердом состоянии. EUV-излучение может испускаться в диоксиде кремния или сапфире .

Прямая настраиваемая генерация EUV

EUV-свет также может излучаться свободными электронами, вращающимися вокруг синхротрона .

Постоянно перестраиваемый узкополосный EUV-свет может генерироваться путем четырехволнового смешивания в газовых ячейках криптона и водорода до длин волн всего 110 нм. ^{[ 2 ]} В газовых камерах без окон фиксированное четырехволновое смешивание наблюдалось на длине волны всего 75 нм.

Поглощение EUV в веществе

Когда фотон EUV поглощается, фотоэлектроны и вторичные электроны генерируются в результате ионизации , очень похоже на то, что происходит, когда рентгеновские лучи или электронные лучи поглощаются веществом. ^{[ 3 ]}

Реакция материи на EUV-излучение может быть отражена в следующих уравнениях:

Точка поглощения:

Энергия фотона EUV = 92 эВ, = энергия связи электрона + начальная кинетическая энергия фотоэлектрона

В пределах 3-х средних пробегов фотоэлектрона (1–2 нм):

Снижение кинетической энергии фотоэлектронов = потенциал ионизации + кинетическая энергия вторичных электронов;

В пределах 3 средних пробегов вторичного электрона (~30 нм):

Уменьшение кинетической энергии вторичных электронов = потенциал ионизации + кинетическая энергия третичных электронов.
Электрон mN-го поколения замедляется помимо ионизации за счет нагрева ( генерация фононов )
Кинетическая энергия электронов конечного поколения ~ 0 эВ => диссоциативное присоединение электронов + тепло, где потенциал ионизации обычно составляет 7–9 эВ для органических материалов и 4–5 эВ для металлов.

Фотоэлектрон впоследствии вызывает эмиссию вторичных электронов в процессе ударной ионизации . Иногда возможен также оже-переход , приводящий к испусканию двух электронов с поглощением одного фотона.

Строго говоря, фотоэлектроны, оже-электроны и вторичные электроны сопровождаются положительно заряженными дырками (ионами, которые можно нейтрализовать, вытягивая электроны из близлежащих молекул), чтобы сохранить нейтральность заряда. Электронно-дырочную пару часто называют экситоном . Для высокоэнергетических электронов расстояние между электронами и дырками может быть довольно большим, а энергия связи соответственно низкой, но при более низкой энергии электрон и дырка могут быть ближе друг к другу. Сам экситон диффундирует на довольно большое расстояние (>10 нм). ^{[ 4 ]} Как следует из названия, экситон — это возбужденное состояние; только когда он исчезает по мере рекомбинации электрона и дырки, могут образовываться стабильные продукты химической реакции.

Поскольку глубина поглощения фотонов превышает глубину вылета электронов, поскольку высвободившиеся электроны со временем замедляются, они в конечном итоге рассеивают свою энергию в виде тепла. Длины волн EUV поглощаются гораздо сильнее, чем более длинные волны, поскольку соответствующие энергии фотонов превышают ширину запрещенной зоны всех материалов. Следовательно, их эффективность нагрева значительно выше и характеризуется более низкими порогами термоабляции в диэлектрических материалах. ^{[ 5 ]}

Минимальная/максимальная солнечная энергия

Определенные длины волн EUV различаются в 50 раз между солнечными минимумами и максимумами . ^{[ 6 ]} что может способствовать потеплению стратосферы и образованию озона . Это, в свою очередь, может повлиять на атмосферную циркуляцию и климатические условия в течение краткосрочных и долгосрочных солнечных циклов. ^{[ 6 ]}

ЕСУФ повреждение

Как и другие формы ионизирующего излучения , EUV и электроны, высвобождаемые прямо или косвенно EUV-излучением, являются вероятным источником повреждения устройства . Повреждения могут возникнуть в результате десорбции оксида. ^{[ 7 ]} или захваченный заряд после ионизации. ^{[ 8 ]} Повреждение также может произойти из-за неопределенного положительного заряда в результате эффекта Мальтера . Если свободные электроны не могут вернуться, чтобы нейтрализовать суммарный положительный заряд, десорбция положительных ионов ^{[ 9 ]} Это единственный способ восстановить нейтралитет. Однако десорбция по существу означает, что поверхность разрушается во время воздействия, и, кроме того, десорбированные атомы загрязняют любую экспонированную оптику. Повреждение EUV уже было задокументировано при радиационном старении ПЗС телескопа экстремального ультрафиолетового излучения (EIT). ^{[ 10 ]}

Радиационные повреждения — хорошо известная проблема, которая изучалась в процессе плазменной обработки повреждений. Недавнее исследование синхротрона Университета Висконсина показало, что длины волн ниже 200 нм способны вызывать измеримый поверхностный заряд. ^{[ 11 ]} EUV-излучение показало положительный заряд в сантиметрах за пределами воздействия, тогда как VUV (вакуумное ультрафиолетовое) излучение показало положительный заряд в границах воздействия.

Исследования с использованием фемтосекундных импульсов EUV в Лазере на свободных электронах в Гамбурге ( FLASH ) показали, что пороги повреждения, вызванного термическим плавлением, ниже 100 мДж/см. ². ^{[ 12 ]}

Более раннее исследование ^{[ 13 ]} показали, что электроны, создаваемые «мягким» ионизирующим излучением, все еще могут проникать на ~ 100 нм ниже поверхности, что приводит к нагреву.

См. также

Ссылки

^ «Периодическая таблица элементов от WebElements» . www.webelements.com .
^ Штраус, CEM; Фанк, диджей (1991). «Широко настраиваемая генерация ВУФ разностной частоты с использованием двухфотонных резонансов в H2 и Kr» . Оптические письма . 16 (15): 1192–4. Бибкод : 1991OptL...16.1192S . дои : 10.1364/ол.16.001192 . ПМИД 19776917 .
^ Хенке, Бертон Л.; Смит, Джерел А.; Эттвуд, Дэвид Т. (1977). «Эмиссия электронов, индуцированная рентгеновскими лучами из твердых тел, 0,1–10 кэВ. Модели и измерения вторичных электронов». Журнал прикладной физики . 48 (5). Издательство АИП: 1852–1866 гг. Бибкод : 1977JAP....48.1852H . дои : 10.1063/1.323938 . ISSN 0021-8979 .
^ Бромс, Пер; Йоханссон, Никлас; Гимер, Ричард В.; Грэм, Стивен С.; Друг, Ричард Х.; Саланек, Уильям Р. (1999). «Низкоэнергетическая электронная деградация поли (п-фениленвинилена)». Продвинутые материалы . 11 (10). Уайли: 826–832. doi : 10.1002/(sici)1521-4095(199907)11:10<826::aid-adma826>3.0.co;2-n . ISSN 0935-9648 .
^ А. Ритуччи и др., «Повреждение и абляция диэлектриков с большой запрещенной зоной, индуцированное лазерным лучом с длиной волны 46,9 нм», отчет UCRL-JRNL-219656 от 9 марта 2006 г. Архивировано 25 января 2017 г. в Wayback Machine (Lawrence Livermore National) . Лаборатория).
^ Jump up to: ^а ^б Стон, Йохан; Юзенене, Аста (2010). «Солнечная радиация и здоровье человека» . Журнал фотохимии и фотобиологии B: Биология . 101 (2). Эльзевир Б.В.: 109–110. doi : 10.1016/j.jphotobiol.2010.08.004 . ISSN 1011-1344 . ПМИД 20833325 .
^ Эрколани, Д.; Лаццарино, М.; Мори, Г.; Рессел, Б.; Сорба, Л.; Локателли, А.; Черифи, С.; Баллестрацци, А.; Хойн, С. (2005). «Десорбция оксида GaAs под действием потока фотонов крайнего ультрафиолета». Передовые функциональные материалы . 15 (4). Уайли: 587–592. дои : 10.1002/adfm.200400033 . ISSN 1616-301X . S2CID 136478856 .
^ ДиМария, диджей; Картье, Э.; Арнольд, Д. (1993). «Ударная ионизация, создание ловушек, деградация и разрушение пленок диоксида кремния на кремнии». Журнал прикладной физики . 73 (7). Издательство AIP: 3367–3384. Бибкод : 1993JAP....73.3367D . дои : 10.1063/1.352936 . ISSN 0021-8979 .
^ Акадзава, Хаусей (1998). «Мягкая рентгеновская десорбция положительных ионов с поверхностей аморфного SiO ₂ ». Журнал вакуумной науки и технологий A: Вакуум, поверхности и пленки . 16 (6). Американское вакуумное общество: 3455–3459. Бибкод : 1998JVSTA..16.3455A . дои : 10.1116/1.581502 . ISSN 0734-2101 .
^ Дефизе, Жан-Марк; Клетт, Фредерик; Моисей, Дж. Дэниел; Хохедес, Жан-Франсуа Э. (15 октября 1997 г.). Орбитальная диагностика старения EIT EUV CCD, вызванного радиацией (PDF) . Оптическая наука, техника и приборостроение. Том. 3114. ШПИОН. стр. 598–607. дои : 10.1117/12.278903 .
^ JL Shohet, http://pptl.engr.wisc.edu/Nuggets%20v9a.ppt. Архивировано 29 августа 2006 г. в Wayback Machine.
^ Р. Соберайски и др. , http://hasyweb.desy.de/science/annual_reports/2006_report/part1/contrib/40/17630.pdf
^ «FEL 2004 – Взаимодействие ВУФ-импульсов с твердыми телами» (PDF) .

Внешние ссылки

СМИ, связанные с экстремальным ультрафиолетом, на Викискладе?
Расширение Mediawiki:EUV

[1] «Периодическая таблица элементов от WebElements» . www.webelements.com .

[straussfunk-2] Штраус, CEM; Фанк, диджей (1991). «Широко настраиваемая генерация ВУФ разностной частоты с использованием двухфотонных резонансов в H2 и Kr» . Оптические письма . 16 (15): 1192–4. Бибкод : 1991OptL...16.1192S . дои : 10.1364/ол.16.001192 . ПМИД 19776917 .

[3] Хенке, Бертон Л.; Смит, Джерел А.; Эттвуд, Дэвид Т. (1977). «Эмиссия электронов, индуцированная рентгеновскими лучами из твердых тел, 0,1–10 кэВ. Модели и измерения вторичных электронов». Журнал прикладной физики . 48 (5). Издательство АИП: 1852–1866 гг. Бибкод : 1977JAP....48.1852H . дои : 10.1063/1.323938 . ISSN 0021-8979 .

[4] Бромс, Пер; Йоханссон, Никлас; Гимер, Ричард В.; Грэм, Стивен С.; Друг, Ричард Х.; Саланек, Уильям Р. (1999). «Низкоэнергетическая электронная деградация поли (п-фениленвинилена)». Продвинутые материалы . 11 (10). Уайли: 826–832. doi : 10.1002/(sici)1521-4095(199907)11:10<826::aid-adma826>3.0.co;2-n . ISSN 0935-9648 .

[5] А. Ритуччи и др., «Повреждение и абляция диэлектриков с большой запрещенной зоной, индуцированное лазерным лучом с длиной волны 46,9 нм», отчет UCRL-JRNL-219656 от 9 марта 2006 г. Архивировано 25 января 2017 г. в Wayback Machine (Lawrence Livermore National) . Лаборатория).

[Moan-6] Jump up to: ^а ^б Стон, Йохан; Юзенене, Аста (2010). «Солнечная радиация и здоровье человека» . Журнал фотохимии и фотобиологии B: Биология . 101 (2). Эльзевир Б.В.: 109–110. doi : 10.1016/j.jphotobiol.2010.08.004 . ISSN 1011-1344 . ПМИД 20833325 .

[7] Эрколани, Д.; Лаццарино, М.; Мори, Г.; Рессел, Б.; Сорба, Л.; Локателли, А.; Черифи, С.; Баллестрацци, А.; Хойн, С. (2005). «Десорбция оксида GaAs под действием потока фотонов крайнего ультрафиолета». Передовые функциональные материалы . 15 (4). Уайли: 587–592. дои : 10.1002/adfm.200400033 . ISSN 1616-301X . S2CID 136478856 .

[8] ДиМария, диджей; Картье, Э.; Арнольд, Д. (1993). «Ударная ионизация, создание ловушек, деградация и разрушение пленок диоксида кремния на кремнии». Журнал прикладной физики . 73 (7). Издательство AIP: 3367–3384. Бибкод : 1993JAP....73.3367D . дои : 10.1063/1.352936 . ISSN 0021-8979 .

[9] Акадзава, Хаусей (1998). «Мягкая рентгеновская десорбция положительных ионов с поверхностей аморфного SiO ₂ ». Журнал вакуумной науки и технологий A: Вакуум, поверхности и пленки . 16 (6). Американское вакуумное общество: 3455–3459. Бибкод : 1998JVSTA..16.3455A . дои : 10.1116/1.581502 . ISSN 0734-2101 .

[10] Дефизе, Жан-Марк; Клетт, Фредерик; Моисей, Дж. Дэниел; Хохедес, Жан-Франсуа Э. (15 октября 1997 г.). Орбитальная диагностика старения EIT EUV CCD, вызванного радиацией (PDF) . Оптическая наука, техника и приборостроение. Том. 3114. ШПИОН. стр. 598–607. дои : 10.1117/12.278903 .

[11] JL Shohet, http://pptl.engr.wisc.edu/Nuggets%20v9a.ppt. Архивировано 29 августа 2006 г. в Wayback Machine.

[12] Р. Соберайски и др. , http://hasyweb.desy.de/science/annual_reports/2006_report/part1/contrib/40/17630.pdf

[13] «FEL 2004 – Взаимодействие ВУФ-импульсов с твердыми телами» (PDF) .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

v т и Электромагнитный спектр
Гамма-лучи Рентгеновские лучи Ультрафиолетовый Видимый Инфракрасный Микроволновая печь Радио ← более высокие частоты, более длинные волны →
Гамма-лучи	Гамма-излучение очень высокой энергии Гамма-излучение сверхвысокой энергии
Рентгеновские лучи	Мягкий рентген Жесткий рентген
Ультрафиолетовый	Экстремальный ультрафиолет Вакуумный ультрафиолет Лайман-Альфа ФУВ МОВ НУВ УФС УФБ УФА
Видимый (оптический)	Фиолетовый Синий Голубой Зеленый Желтый Апельсин Красный
Инфракрасный	NIR ( диапазоны : J , K , H ) СВИР MWIR ( диапазоны : L , M , N ) ЛВИР ДЛЯ
Микроволновые печи	W-диапазон V band Q-диапазон К _Группа К-диапазон группа _Вы X-диапазон Группа C S-диапазон L-диапазон
Радио	ТГФ ЕГФ СВЧ УВЧ УКВ ВЧ МФ НЧ ОНЧ УНЧ СЛФ ЭЛЬФ
длин волн Типы	Микроволновая печь Коротковолновый Средняя волна Длинноволновая