Введение
Ультрафиолетовый свет с длиной волны 10–121 нм. Экстремальное ультрафиолетовое излучение (EUV или XUV) или ультрафиолетовое излучение высокой энергии — это электромагнитное излучение в части электромагнитного спектра, охватывающей длины волн короче водородной линии Лаймана-альфа, от 121 нм до рентгеновского диапазона 10 нм. Согласно уравнению Планка — Эйнштейна, фотоны EUV имеют энергии от 10,26 эВ до 124,24 эВ, при которых мы переходим к энергиям рентгеновского излучения. EUV генерируется естественным образом солнечной короной и искусственно плазмой, источниками генерации высоких гармоник и источниками синхротронного излучения. Поскольку УФ-С излучение простирается до 100 нм, существует некоторое совпадение в терминах. Основные области применения экстремального ультрафиолетового излучения — фотоэлектронная спектроскопия, солнечная съемка и литография. В воздухе EUV является наиболее сильно поглощаемым компонентом электромагнитного спектра, что требует высокого вакуума для его прохождения.
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.
Построение ВСЕ
Нейтральные атомы или конденсированное вещество не обладают достаточно большими энергетическими переходами для излучения EUV-излучения. Сначала должна произойти ионизация. EUV-свет может испускаться только электронами, связанными с многозаряженными положительными ионами; например, для удаления электрона из углеродного иона с зарядом +3 (три электрона уже удалены) требуется около 65 эВ. Такие электроны связаны более прочно, чем типичные валентные электроны. Существование многозаряженных положительных ионов возможно только в горячей плотной плазме. В качестве альтернативы, свободные электроны и ионы могут быть временно и мгновенно созданы интенсивным электрическим полем лазерного луча, генерирующего высокие гармоники. Электроны ускоряются при возвращении к родительскому иону, высвобождая фотоны с более высокой энергией при уменьшенной интенсивности, которые могут находиться в EUV-диапазоне. Если высвобожденные фотоны являются ионизирующим излучением, они также ионизируют атомы среды, генерирующей гармоники, истощая источники генерации высоких гармоник. Освобожденные электроны покидают область, поскольку электрическое поле EUV-света недостаточно интенсивно для дальнейшего возбуждения электронов до более высоких гармоник, в то время как родительские ионы уже не ионизируются так легко, как исходные нейтральные атомы. Таким образом, процессы генерации и поглощения (ионизации) EUV-излучения сильно конкурируют друг с другом. Однако в 2011 году Шамбху Гимире и др. впервые наблюдали генерацию высоких гармоник в объемных кристаллах оксида цинка, что вызывает интерес к исследованию возможности и механизма генерации высоких гармоник в твердом теле. EUV-излучение может испускаться в диоксиде кремния или сапфире.
Прямая настраиваемая генерация EUV
Свет EUV также может излучаться свободными электронами, обращающимися в синхротроне. Непрерывно перестраиваемый узкополосный EUV-свет может генерироваться посредством четырехволнового смешения в газовых ячейках, содержащих криптон и водород, до длин волн 110 нм. В газовых камерах без окон наблюдалось четырехволновое смешение до 75 нм.
Солнечные минимумы/максимумы
Некоторые длины волн EUV изменяются в 50 раз между солнечными минимумами и максимумами, что может способствовать потеплению стратосферы и образованию озона. Это, в свою очередь, может влиять на атмосферную циркуляцию и климатические закономерности в течение коротких и долгосрочных солнечных циклов. Повреждения могут также возникать из-за накопления положительного заряда, вызванного эффектом Малтера. Если свободные электроны не могут вернуться для нейтрализации общего положительного заряда, десорбция положительных ионов становится единственным способом восстановления нейтральности. Однако десорбция по сути означает деградацию поверхности в процессе воздействия, а кроме того, десорбированные атомы загрязняют любую открытую оптику. Повреждения, вызванные EUV, уже были задокументированы при радиационном старении ПЗС-матрицы телескопа для получения изображений в экстремальном ультрафиолете (EIT). Радиационное повреждение – хорошо известная проблема, которая изучалась в контексте повреждений, вызванных плазменной обработкой. Недавнее исследование, проведенное в Синхротроне Университета Висконсина, показало, что длины волн менее 200 нм способны вызывать измеримый поверхностный заряд. EUV-излучение вызывало положительный заряд на расстоянии нескольких сантиметров от границы облучения, в то время как VUV (вакуумный ультрафиолет) – только в пределах границы облучения. Исследования с использованием фемтосекундных импульсов EUV на свободном электронном лазере в Гамбурге (FLASH) показали пороговые значения повреждений, вызванных термическим плавлением, ниже 100 мДж/см². Более раннее исследование показало, что электроны, генерируемые "мягким" ионизирующим излучением, все еще могут проникать на глубину около 100 нм под поверхность, вызывая нагрев.