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English| 發(fā)布日期：2022-03-14 |
將光學推向**
?新的臺式光源使 10-100 納米級的應用變?yōu)楝F(xiàn)實
?極紫外線應用包括計量學、納米級成像和電子光譜學
?極紫外線系統(tǒng)通常采用反射光學系統(tǒng)因為折射系統(tǒng)的光吸收率高
?表面粗糙度至關重要因為較短波長處的散射通常更高
極紫外線 (EUV) 輻射包括在 X 射線和深紫外線 (DUV) 光譜區(qū)域之間約 10nm 至 100nm 的波長帶。隨著極紫外線領域（包括光刻技術、納米級成像和光譜學等）中對于許多應用的需求日趨緊迫，最近均已著手開發(fā)緊湊型極紫外線光源。這一努力為幾種極紫外線光源帶來了商業(yè)可用性.
幾乎所有材料都能夠完全吸收極紫外線輻射，因此光學元件幾乎都是反射，而不是透射的。由于波長很短，因此對極紫外線光學元件表面的質量要求比可見光元件的要求更高。雖然由于其苛刻的要求，生產(chǎn)極紫外線光學元件并非易事，但因極紫外線輻射在高分辨率成像、光譜學和材料加工等方面的優(yōu)勢，仍然值得為此付出努力.
極紫外線輻射來源
**個在實踐中應用的極紫外線輻射源屬于大型設備，僅供大型研究實驗室和光刻技術公司使用，但極紫外線技術的最新進展已經(jīng)為更小巧和更便捷的臺式極紫外線系統(tǒng)開辟了道路。高諧波產(chǎn)生 (HHG) 系統(tǒng)和毛細管放電激光器是兩種更有前景的新型極紫外線臺式光源，能產(chǎn)生低散射度的相干輻射束.
極紫外線光學的應用
新的緊湊型極紫外線光源正衍生出大量新興的極紫外線應用，包括高分辨率成像、電子光譜、分子和固態(tài)動力學研究以及納米加工技術.
極紫外線成像
極紫外線輻射是相干衍射成像 (CDI) 的理想選擇，相干衍射成像這種成像技術，能夠實現(xiàn)低至 0.5nm 的分辨率。相干衍射成像用于分析微小結構，如納米管和納米晶體。在相干衍射成像中，反射鏡用于將極紫外線光束引導到物體上。表面上方或甚至下方的特征衍射輻射，再由附近的電荷耦合探測器記錄下來。然后在軟件中對記錄下來的衍射圖案進行處理，產(chǎn)生原始物體的 2D 或 3D 圖像。因為反射鏡和衍射被用于代替透射透鏡，所以最終圖像受到衍射限制且?guī)缀鯖]有像差。衍射極限分辨率與波長成正比，因此極紫外線輻射的短波長進一步提高了分辨率。相干衍射成像是一種非接觸式成像技術，比原子力顯微鏡等類似技術更快，可在約一分鐘內捕獲圖像。極紫外線相干衍射成像形成的高分辨率正在突破目前的成像技術限制.
圖 1:典型極紫外線相干衍射成像設置
極紫外線光學和光電子能譜
極紫外線光譜可以探測到用其他光譜技術無法探測到的能量水平，對許多研究應用具有價值。極紫外線輻射用于光電發(fā)射光譜，其通過測量光電效應所產(chǎn)生的電子的能量來確定固體、液體或氣體中的電子能量。極紫外線光譜用于核聚變研究，因為在聚變實驗中發(fā)現(xiàn)的大多數(shù)等離子體雜質所釋放的輻射在 1-50nm 之間。極紫外線輻射的短波長還能使極紫外線光譜系統(tǒng)確定結構化對象中特定元素的確切位置。有關極紫外線光譜學的研究有可能對使用核聚變的材料科學和能源產(chǎn)生重大影響.
圖 2:極紫外線輻射處于 X 射線和紫外光譜區(qū)域之間
極紫外線納米加工
小之又小的微結構和納米結構的加工能力，對于納米技術的發(fā)展來說至關重要。極紫外線納米加工仍處于發(fā)展的早期階段，但對于生成和修改納米級結構來說，這是一項有前景的技術。聚焦光斑尺寸與波長成正比，因此極紫外線納米加工系統(tǒng)比使用更長波長的系統(tǒng)有更高的空間分辨率。大多數(shù)材料中極紫外線輻射的短吸收深度也能導致能量的定位，便于蝕刻極其精細的特征。納米技術有可能對社會產(chǎn)生重大影響，改進醫(yī)療設備及其程序、制造業(yè)方式，能量系統(tǒng)和電子產(chǎn)品等.
圖 3:
納米加工是納米電子學、納米醫(yī)學和生物材料等許多新興應用的關鍵部分
用于極紫外線應用的光學元件
極紫外線系統(tǒng)應處于真空環(huán)境中，因為低于 100nm 的波長不能通過空氣傳播。同樣，極紫外線輻射在幾乎所有材料中都具有極高的吸收率，因此極紫外線應用中的光學元件幾乎總是具有反射性。短波長的散射更高，這使得表面的粗糙度、平整度和表面公差對極紫外線光學元件很重要。在極紫外線應用中常用的反射鏡是多層布拉格反射鏡，兩種不同材質的周期性堆疊導致特定波長進行干涉和反射。部分入射光束在堆疊的每個界面處反射。極紫外線多層反射鏡具有非常窄的帶寬，大約 1nm，這種類型的極紫外線光學元件需要與光源的波長特別匹配.
圖 4:λ/4 多層反射鏡的結構。極紫外反射鏡通常具有約 50 個對開層.
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