Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
10–121 нм толқын ұзындығы бар ультракүлгін сәуле
Ultraviolet light with a wavelength of 10–121nm
Экстремалды ультракүлгін сәуле (EUV немесе XUV) немесе жоғары энергиялы ультракүлгін сәуле – электромагниттік спектрдің сутек Лайман-альфа сызығынан 121 нм-ден бастап 10 нм дейінгі толқын ұзындығындағы бөлігіндегі электромагниттік сәуле. Планк-Эйнштейн теңдеуіне сәйкес, EUV фотондарының энергиясы 10,26 эВ-тан 124,24 эВ-қа дейін өзгереді, одан кейін рентген сәулелерінің энергиялық диапазоны басталады. EUV күн коронасымен табиғи түрде және плазмамен, жоғары гармоникалық генерация көздерімен және синхротрон сәулелену көздерімен жасанды түрде туындайды. УФС 100 нм-ге дейін созылатындықтан, терминдердің арасында белгілі бір дәрежеде қайталау болады. Экстремалды ультракүлгін сәуленің негізгі қолданылу салалары – фотоэлектрондық спектроскопия, күннің суретке түсірілуі және литография. Ауада EUV электромагниттік спектрдің ең көп сіңірілетін компоненті болып табылады, сондықтан оны тарату үшін жоғары вакуум қажет.
Extreme ultraviolet radiation (EUV or XUV) or high energy ultraviolet radiation is electromagnetic radiation in the part of the electromagnetic spectrum spanning wavelengths shorter that the hydrogen Lyman alpha line from 121 nm down to the X ray band of 10 nm. By the Planck–Einstein equation the EUV photons have energies from 10.26 eV up to 124.24 eV where we enter the X ray energies. EUV is naturally generated by the solar corona and artificially by plasma, high harmonic generation sources and synchrotron light sources. Since UVC extends to 100 nm, there is some overlap in the terms. The main uses of extreme ultraviolet radiation are photoelectron spectroscopy, solar imaging, and lithography. In air, EUV is the most highly absorbed component of the electromagnetic spectrum, requiring high vacuum for transmission.
EUV-ны жасау
Бейтарап атомдар немесе конденсирленген заттар EUV сәулеленуін шығаруға жеткілікті энергиялық өткелдерге ие болмайды. Алдымен иондану жүзеге асуы керек. EUV жарығын тек көп зарядты оң иондарға байланысқан электрондар ғана шығара алады; мысалы, +3 зарядты көміртек ионынан (үш электроны бұрын алынған) электронды алу үшін шамамен 65 ЭВ қажет. Мұндай электрондар әдеттегі валентті электрондарға қарағанда күштірек байланысқан болады. Көп зарядты оң иондардың болуы тек ыстық және тығыз плазмада ғана мүмкін. Балама ретінде, еркін электрондар мен иондар өте жоғары гармоникалық лазер сәулесінің күшті электр өрісі арқылы уақытша және бірден пайда болуы мүмкін. Электрондар бастапқы ионға оралғанда үдеп, төмендеген қарқындылықтағы жоғары энергиялы фотондарды шығарады, олар EUV диапазонында болуы мүмкін. Егер шығарылған фотондар иондаушы сәулеленуді құраса, олар гармоникалық генерациялайтын ортаның атомдарын да иондайды, жоғары гармоникалық генерацияның көздерін азайтады. Босатылған электрондар қашып кетеді, себебі EUV жарығының электр өрісі электрондарды жоғары гармоникаларға итеруге жеткіліксіз, ал бастапқыда бейтарап атомдар сияқты аталық иондар да оңай иондалмайды. Осылайша, EUV генерациясы және сіңіру (иондану) процестері бір-бірімен күшті бәсекелеседі. Дегенмен, 2011 жылы Шамбу Гхимир және әріптестері цинк оксидінің көп кристалдарында жоғары гармоникалық генерацияны алғаш рет байқады. Бұл қатты күйдегі ЖГГ мүмкіндігін және механизмін зерттеуге қызығушылық тудырады. EUV сәулеленуі кремний диоксиді немесе сапфирде шығарылуы мүмкін.
Neutral atoms or condensed matter do not have large enough energy transitions to emit EUV radiation. Ionization must take place first. EUV light can only be emitted by electrons which are bound to multicharged positive ions; for example, to remove an electron from a +3 charged carbon ion (three electrons already removed) requires about 65 eV. Such electrons are more tightly bound than typical valence electrons. The existence of multicharged positive ions is only possible in a hot dense plasma. Alternatively, the free electrons and ions may be generated temporarily and instantaneously by the intense electric field of a very high harmonic laser beam. The electrons accelerate as they return to the parent ion, releasing higher energy photons at diminished intensities, which may be in the EUV range. If the released photons constitute ionizing radiation, they will also ionize the atoms of the harmonic generating medium, depleting the sources of higher harmonic generation. The freed electrons escape since the electric field of the EUV light is not intense enough to drive the electrons to higher harmonics, while the parent ions are no longer as easily ionized as the originally neutral atoms. Hence, the processes of EUV generation and absorption (ionization) strongly compete against each other. However, in 2011, Shambhu Ghimire et al. first observed high harmonic generation in bulk crystals of zinc oxide. It draws interest to invest the possibility and mechanism of HHG in solid state. EUV radiation can be emitted in silicon dioxide or sapphire.
EUV-ді тікелей баптайтын генерациялау
EUV жарығын синхротрон орбитасында айналатын еркін электрондар да шығара алады. Криптон және сутегі газды жасушаларындағы төрт толқын араласу арқылы 110 нм-ге дейінгі толқын ұзындығындағы, үздіксіз реттелетін тар жолақты EUV жарығын жасауға болады. Терезесіз газ камераларында төрт толқын араласуы 75 нм-ге дейін байқалған.
EUV light can also be emitted by free electrons orbiting a synchrotron. Continuously tunable narrowband EUV light can be generated by four wave mixing in gas cells of krypton and hydrogen to wavelengths as low as 110 nm. In windowless gas chambers fixed four wave mixing has been seen as low as 75 nm.
Күннің ең төменгі/максималды деңгейі
Кейбір EUV толқын ұзындығы күннің минималы мен максимумы арасында 50 есеге дейін өзгереді, бұл стратосфералық жылынуға және озон өндірісіне ықпал етуі мүмкін. Бұл өз кезегінде атмосфералық циркуляцияға және қысқа және ұзақ мерзімді күн циклдері бойынша климаттық үлгілерге әсер етуі мүмкін, немесе ионданудан кейін жиналған заряд. Зақымдану Малтер эффектісі арқылы ұзаққа созылған оң зарядталудан да туындауы мүмкін. Егер бос электрондар оң зарядты бейтараптандыру үшін қайта орала алмаса, оң иондардың десорбциясы – бейтараптықты қалпына келтірудің жалғыз жолы. Алайда, десорбция беткі қабаттың сәулелену кезінде бұзылуын білдіреді, сондай-ақ, десорбцияланған атомдар кез келген сәулелену оптикасын ластайды. EUV зақымдануы Extreme UV Imaging Telescope (EIT) CCD сәулелену қартаюында тіркелген. Радиациялық зақымдану – плазмалық өңдеу процесінде зерттелген жақсы белгілі мәселе. Висконсин университетінің синхротронында жүргізілген соңғы зерттеу 200 нм-ден төмен толқын ұзындығының өлшенетін беткі зарядтауға қабілетті екенін көрсетті. EUV сәулеленуі әсер ету шегінен сантиметрлермен тыс жерде оң зарядтауды көрсетсе, VUV (вакуумдық ультрафиолет) сәулеленуі әсер ету шегінде оң зарядтауды көрсетті. Гамбургтегі бос электронды лазерде (FLASH) EUV фемтосекундтық импульстерін қолдана отырып жүргізілген зерттеулер термиялық балқуға байланысты зақымдану шегінің 100 мДж/см2-ден төмен екенін көрсетті. Алдыңғы зерттеулер "жұмсақ" иондаушы сәулеленуден туындаған электрондардың бетке шамамен 100 нм тереңдікке еніп, жылуды тудыруға қабілетті екенін көрсетті.
Certain wavelengths of EUV vary by as much as a factor of 50 between solar minima and maxima, which may contribute to stratospheric warming and ozone production. These may in turn affect atmospheric circulation and climate patterns over short and long term solar cycles. or trapped charge following ionization. Damage may also occur through indefinite positive charging by the Malter effect. If free electrons cannot return to neutralize the net positive charge, positive ion desorption is the only way to restore neutrality. However, desorption essentially means the surface is degraded during exposure, and furthermore, the desorbed atoms contaminate any exposed optics. EUV damage has already been documented in the CCD radiation aging of the Extreme UV Imaging Telescope (EIT). Radiation damage is a well known issue that has been studied in the process of plasma processing damage. A recent study at the University of Wisconsin Synchrotron indicated that wavelengths below 200 nm are capable of measurable surface charging. EUV radiation showed positive charging centimeters beyond the borders of exposure while VUV (vacuum ultraviolet) radiation showed positive charging within the borders of exposure. Studies using EUV femtosecond pulses at the Free Electron Laser in Hamburg (FLASH) indicated thermal melting induced damage thresholds below 100 mJ/cm2. An earlier study showed that electrons produced by the 'soft' ionizing radiation could still penetrate ~100 nm below the surface, resulting in heating.