Laser de fluoreto de criptônio - Krypton fluoride laser

Um laser de fluoreto de criptônio ( laser KrF ) é um tipo específico de laser excimer , que às vezes é (mais corretamente) chamado de laser exciplex. Com seu comprimento de onda de 248 nanômetros, é um laser ultravioleta profundo que é comumente usado na produção de circuitos integrados de semicondutores , microusinagem industrial e pesquisa científica. O termo excimer é abreviação de 'dímero excitado', enquanto exciplex é abreviação de 'complexo excitado'. Um excimer laser normalmente contém uma mistura de: um gás nobre, como argônio, criptônio ou xenônio; e um gás halogéneo como flúor ou cloro. Sob condições adequadamente intensas de estimulação e pressão eletromagnética, a mistura emite um feixe de radiação estimulada coerente como luz laser na faixa ultravioleta.

Os lasers de excímero KrF e ArF são amplamente incorporados em máquinas de fotolitografia de alta resolução , uma das ferramentas críticas necessárias para a fabricação de chips microeletrônicos em dimensões nanométricas. A litografia a laser excimer permitiu que os tamanhos dos recursos do transistor diminuíssem de 800 nanômetros em 1990 para 10 nanômetros em 2016.

Teoria

Um laser de fluoreto de criptônio absorve energia de uma fonte, fazendo com que o gás criptônio reaja com o gás flúor , produzindo o exciplex de fluoreto de criptônio, um complexo temporário em um estado de energia excitado:

2 Kr + F
2 → 2 KrF

O complexo pode sofrer emissão espontânea ou estimulada, reduzindo seu estado de energia a um estado fundamental metaestável, mas altamente repulsivo . O complexo do estado fundamental rapidamente se dissocia em átomos não ligados:

2 KrF → 2 Kr + F
2

O resultado é um laser exciplex que irradia energia a 248 nm, próximo à porção ultravioleta do espectro , correspondendo à diferença de energia entre o estado fundamental e o estado excitado do complexo.

Formulários

A aplicação industrial mais difundida dos lasers de excímero KrF tem sido na fotolitografia ultravioleta profunda para a fabricação de dispositivos microeletrônicos (isto é, circuitos integrados de semicondutores ou "chips"). Do início dos anos 1960 até meados dos anos 1980, as lâmpadas Hg-Xe foram usadas para litografia em comprimentos de onda de 436, 405 e 365 nm. No entanto, com a necessidade da indústria de semicondutores de resolução mais precisa (para chips mais densos e mais rápidos) e maior rendimento de produção (para custos mais baixos), as ferramentas de litografia baseadas em lâmpada não eram mais capazes de atender aos requisitos da indústria. Esse desafio foi superado quando, em um desenvolvimento pioneiro em 1982, a litografia a laser excimer UV profunda foi demonstrada na IBM por K. Jain. Com avanços fenomenais em equipamentos e tecnologia nas últimas duas décadas, os dispositivos eletrônicos semicondutores modernos fabricados com litografia a laser excimer totalizam agora mais de US $ 400 bilhões em produção anual. Como resultado, é a visão da indústria de semicondutores que a litografia a laser excimer (com os lasers KrF e ArF) tem sido um fator crucial no poder preditivo da lei de Moore . De uma perspectiva científica e tecnológica ainda mais ampla: desde a invenção do laser em 1960, o desenvolvimento da litografia a laser excimer tem se destacado como um dos principais marcos nos 50 anos de história do laser.

O laser KrF tem sido útil na comunidade de pesquisa de energia de fusão nuclear em experimentos de confinamento inercial. Este laser possui alta uniformidade de feixe, comprimento de onda curto e a característica de um tamanho de ponto ajustável.

Em 1985, o Laboratório Nacional de Los Alamos concluiu um teste de disparo de um laser KrF experimental com um nível de energia de 1,0 × 10 4 joules . A Seção de Plasma Laser do Laboratório de Pesquisa Naval concluiu um laser KrF chamado laser Nike, que pode produzir cerca de 4,5 × 10 3 joules de energia UV em um pulso de 4 nanossegundos . Kent A. Gerber foi a força motriz por trás deste projeto. O último laser está sendo usado em experimentos de confinamento a laser.

Esse laser também tem sido usado para produzir emissão de raios-X suave de um plasma , por meio da irradiação por breves pulsos dessa luz laser. Outras aplicações importantes incluem a manipulação de vários materiais, como plástico, vidro, cristal, materiais compostos e tecidos vivos. A luz deste laser UV é fortemente absorvida por lipídios , ácidos nucléicos e proteínas , tornando-o útil para aplicações em terapia médica e cirurgia.

Segurança

A luz emitida pelo KrF é invisível ao olho humano, portanto, precauções de segurança adicionais são necessárias ao trabalhar com este laser para evitar raios dispersos. Luvas são necessárias para proteger a carne das propriedades potencialmente cancerígenas do raio ultravioleta e óculos ultravioleta são necessários para proteger os olhos.

Veja também

Referências

links externos