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談?wù)劀?zhǔn)分子激光的發(fā)展歷史

2011-12-4 16:30:01

1970年Nikolai Basov、V. A. Danilychev、Yu. M. Popov在莫斯科Lebedev物理研究所發(fā)明了準(zhǔn)分子激光，當(dāng)時(shí)使用了氙氣受激發(fā)射的電子束激發(fā)態(tài)二聚體（Xe₂），波長(zhǎng)為172nm。不久這個(gè)技術(shù)得到了改善，1975年許多物理研究所開發(fā)了以稀有氣體鹵化物（XeBr）為發(fā)射源的準(zhǔn)分子激光。這些物理研究所包括Avco Everett研究實(shí)驗(yàn)室、Sandia國家實(shí)驗(yàn)室，Northrop技術(shù)研發(fā)中心，以及美國海軍研究實(shí)驗(yàn)室。繼而他們又開發(fā)了以微波放電方式的XeCl準(zhǔn)分子激光，此發(fā)現(xiàn)使全球準(zhǔn)分子研究領(lǐng)域的研究人員倍受鼓舞。

準(zhǔn)分子激光的波長(zhǎng)取決于所使用的分子，通常是在紫外波段：

Excimer Wavelength Relative Power (mW）

Ar₂* 126nm

Kr₂* 146nm

Xe₂* 172nm

ArF 193nm 60

KrCl 222nm 25

KrF 248nm 100

XeBr 282nm

XeCl 308nm 50

XeF 351nm 45

準(zhǔn)分子激光技術(shù)是微電子芯片制造所需的關(guān)鍵技術(shù)之一，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于高分辨率光刻機(jī)。目前最先進(jìn)的光刻工具是使用深紫外線（DUV）KrF和ArF波長(zhǎng)為248nm和193nm準(zhǔn)分子激光,也是目前占主導(dǎo)地位的光刻技術(shù)，因此也被稱為“準(zhǔn)分子激光光刻技術(shù)”，這使得晶體管特征尺寸縮小45nm以下。在過去的20年，準(zhǔn)分子激光光刻是所謂的摩爾定律繼續(xù)前進(jìn)的關(guān)鍵。

準(zhǔn)分子激光器的高功率紫外輸出也使其可用于眼科手術(shù)和皮膚病治療。準(zhǔn)分子激光燈通常是吸收內(nèi)的第一個(gè)一米的十億分（納米）的組織。在1980年 - 1983年，Samuel Blum、Rangaswamy Srinivasan 、James Wynne在IBM的TJ Watson研究中心工作時(shí)，他們觀察到紫外線準(zhǔn)分子激光對(duì)生物材料的效果，通過進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，準(zhǔn)分子激光精準(zhǔn)的切削，是高精度微型手術(shù)的理想選擇。這一重大的發(fā)現(xiàn)使Blum、Srinivasan、Wynne在2002年進(jìn)入了美國發(fā)明家名人堂，他們隨后的工作還介入了準(zhǔn)分子激光血管成形術(shù)和美國堪薩斯州立大學(xué)首創(chuàng)的準(zhǔn)分子激光LASIK手術(shù)的研究。XeCl 308nm準(zhǔn)分子激光，還可以治療多種包括牛皮癬、白癜風(fēng)、過敏性皮炎、斑禿、白斑病等皮膚病。

在過去的20多年里，這一技術(shù)取得驚人的發(fā)展。目前半導(dǎo)體光刻設(shè)備的銷售已經(jīng)達(dá)到$400億美元/年，使芯片大小從1990年的0.5微米縮小到2010年小于45nm。預(yù)計(jì)這一趨勢(shì)發(fā)展估計(jì)，未來10年芯片將會(huì)縮小到接近10納米。在激光1960年發(fā)明以來，準(zhǔn)分子激光光刻技術(shù)的發(fā)展，從更廣闊的科學(xué)和技術(shù)的角度上講，是激光50年發(fā)展歷史的重要里程碑之一。

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