Китайские ученые построили компактную твердотельную лазерную систему, которая генерирует когерентный свет с длиной волны 193 нм. Это изобретение обещает прорыв в полупроводниковой литографии и других технологических областях.
Лазеры, работающие в глубоком ультрафиолете (DUV) с высокой энергией фотонов и короткими длинами волн, применяются в полупроводниковой литографии, спектроскопии высокого разрешения, прецизионной (высокоточной) обработке материалов и в квантовых технологиях. Их отличают высокая когерентность и низкое потребление энергии в сравнении с эксимерными или газоразрядными лазерами, то есть возможность создавать компактные установки.
Китайским ученым удалось добиться значительного прогресса и построить компактную твердотельную лазерную систему, способную генерировать когерентный луч с длиной волны 193 нм, сообщается в рецензируемом научном журнале Advanced Photonics Nexus. Эта длина волны имеет решающее значение в полупроводниковой литографии — процессе травления сложных узоров на кремниевых пластинах, составляющих основу современной электроники.
Лазерная система работает с импульсной частотой повторения 6 кГц, в ней используется усилитель на кристалле Yb:YAG (иттербий-допированный иттрий-алюминиевый гранат) и производится лазер с длиной волны 1030 нм. Луч разделяется на две части: одна проходит через нелинейный кристалл, где подвергается генерации четвертой гармоники для производства луча 258 нм с выходной мощностью 1,2 Вт; вторая воздействует на оптический параметрический усилитель, генерируя лазер 1553 нм мощностью 700 мВт. Далее они объединяются в каскадных кристаллах LBO (триборат лития — LiB₃O₅), и производится лазер на 193 нм, достигающий средней мощности 70 мВт с шириной линии менее 880 МГц. Перед смешиванием частот исследователи ввели в луч 1553 нм спиральную фазовую пластину, благодаря которой стал генерироваться вихревой луч с орбитальным угловым моментом — спиральный лазерный луч.
Таким образом, ученым удалось впервые произвести на твердотельной установке вихревой лазерный луч с длиной волны 193 нм. Он сможет применяться для затравки гибридных эксимерных лазеров на фториде аргона (ArF), использоваться в литографии кремниевых пластин, выявлении дефектов, в квантовой связи и оптическом микроманипулировании. Система предлагает более высокую эффективность и точность для полупроводниковой литографии и открывает новые возможности для производственных технологий. Генерация вихревого луча с длиной волны 193 нм обещает дальнейшие прорывы в этой области вплоть до революции в производстве электроники.
