極紫外輻射
極紫外輻射(英語:Extreme ultraviolet radiation)又稱極紫外光或高能紫外線輻射,簡稱EUV、XUV,是波長在124nm到10nm之間的電磁輻射,對應光子能量為10eV到124eV。自然界中,日冕會產生EUV。人工EUV可由等離子源和同步輻射源得到。主要用途包括光電子譜、對日EUV成像望遠鏡及光微影技術等。 EUV是最易被空氣吸收的譜段,因此其傳輸環境需高度真空。
EUV的產生
中性原子或固體無法發射EUV。產生EUV,首先要發生電離。只有被帶多個正電荷的離子束縛的電子才能夠發射EUV。例如,把+3碳離子繼續剝除一個電子的過程需要65eV,其中的電子比普通價電子更受束縛。而帶多電荷的正離子存在於熱等離子體,或者,利用高次諧波強激光場可以臨時產生自由電子和離子。強場中,電子在驅返回母核的時候被加速,結合將發射能量更高的光子,這個光子可能在EUV範圍內。如果釋放的光子能量足夠大,它將接着電離用來產生高次諧波的媒質,使得產生高次諧波的媒質源被耗盡。另一方面,EUV的電場強度不夠高,無法驅動電子,電子將逃逸。電子無法返回母核意味着無法產生更高次的諧波。而要進一步剝離電離後母核中的電子需要更大能量的光子。因此,產生EUV的過程與吸收電離的過程彼此競爭。 另外,在同步加速器中,沿軌道高速運動的電子也會輻射EUV。
物質中EUV的吸收
當EUV光子被吸收的時候,電離過程中產生光電子和二次電子,這與物質吸收X射線或電子束的過程類似。[1]
物質對EUV的響應可以通過下面方程進行描述:
- 二次電子動能的減少=電離勢+三次電子動能
- N次電子將因電離與熱運動減緩(聲子產生)
- 最終產生的高次電子動能~0eV => 將電子剝離能量+熱
有機物的電離勢一般為7-9eV,金屬的電離勢為4-5eV。光電子接下來通過碰撞電離導致二次電子發射。有時,俄歇躍遷也會發生,吸收一個單個光子將發射兩個電子。
嚴格地說,光電子,俄歇電子和二次電子都產生都伴隨着正離子的產生,這些正離子被稱為正電空穴(離子可以通過從附近的原子/分子中拉入其他電子而形成電中性)。自由電子與伴隨的空穴整體是電中性的,電子-空穴對被稱作激子。對於高能電子,電子-空穴間距較大,束縛能相應就較低。對於低能電子,電子-空穴間距小,激子本身會擴散到較遠距離(>10nm)[2]。激子本身是一個激發態,當電子與空穴結合後,激子就會消失,這時才會形成穩定的化學產物。
因為光子吸收深度超過電子逃逸深度,發射的電子速度最終減緩,能量以熱的形式耗散。EUV波長的的輻射較長波長輻射更易被吸收,因為它所對應的光子能量超過所有物質的能隙。因此它們的熱效率顯著較高,它的介電物質的熱燒蝕閾值也因此變低[3]。
參考資料
- ^ B. L . Henke et al., J. Appl. Phys. 48, pp. 1852-1866 (1977).
- ^ P. Broms et al., Adv. Mat. 11, 826-832 (1999).
- ^ A. Ritucci et al., "Damage and ablation of large band gap dielectrics induced by a 46.9 nm laser beam," March 9, 2006 report UCRL-JRNL-219656 (頁面存檔備份,存於網際網路檔案館) (Lawrence Livermore National Laboratory).