Page 50 - Microsoft Word - PHYSIK.doc

Excimerlaser

Excimerlaser erzeugen elektromagnetische Strahlung im ultravioletten Wellenlängen-bereich. Anwendungsbeispiele sind z. B. die operative Korrektur der Kurzsichtigkeit und die Fotolithografie (Mikrolithographie), zur Herstellung hochintegrierter Halbleiter-Bauelemente und zur Mikro-Material-bearbeitung (z. B. zum „Bohren“ extrem feiner Düsen für Tintenstrahldrucker).

Das Wort Excimer ist eine Zusammenziehung von excited (angeregt) und dimer und bezeichnet das laseraktive Medium. Ein Dimer besteht grundsätzlich aus zwei gleichen Atomen oder Molekülen. Allerdings werden heute vorrangig Edelgas-Halogenide als laseraktives Medium eingesetzt. Somit müsste die korrekte Bezeichnung eigentlich

Exciplexlaser lauten.

Der erste Excimerlaser wurde 1970 von Nikolai Bassow, V. A. Danilychew und Yu. M. Popow am P. N. Lebedew Physikinstitut in Moskau konstruiert. Sie benutzten das Xenon-Dimer Xe

2 und einen Elektronenstrahl zur Anregung. Der erste kommerzielle Excimerlaser wurde 1977 von Lambda Physik gebaut.

Funktionsweise

Molekül Wellenlänge

H

2 123 bzw. 116 nm

Ar

2 126 nm

F

2 157 nm

Xe

2 172 nm

ArF 193 nm

KrF 248 nm

XeBr 282 nm

XeCl 308 nm

XeF 351 nm

Edelgas-Halogenide können nur als angeregte Moleküle existieren. Durch eine chemische Reaktion können stabile Moleküle gebildet werden und es entsteht eine Besetzungsinversion (siehe Abbildung). Nachdem ein Molekül seine Energie abgibt, zerfällt es sofort, da dieser Zustand instabil ist. Die benötigte Reaktion wird durch Entladungen in Gang gesetzt.

Excimerlaser können nur gepulst betrieben werden. Die Pulsdauer liegt typischerweise zwischen 4 und 40 ns. Wiederholraten heutiger Excimerlaser liegen im Bereich von maximal einigen Kilohertz. Im industriellen Bereich werden Excimerlaser eingesetzt, die Pulsenergien von bis zu 300 Millijoule erreichen.

Schematische Darstellung des Elektronenübergangs bei einem KrF-Laser vom angeregtem in den stabilen Zustand

Die Wellenlänge eines Excimerlasers ist durch das bei der Anregung entstehende Molekül festgelegt. Die entsprechenden Ausgangsstoffe (Gase) werden z. B. in Gasflaschen bereitgestellt. Das Gasgemisch in der Laser-Kavität, aus dem die laseraktiven Excimere bzw. Exciplexe erzeugt werden, muss regelmäßig ersetzt werden, da sich sowohl durch längere Standzeiten als auch durch den laufenden Betrieb die Eigenschaften des Gasgemisches derart verändern, dass die Pulsenergie unter einen akzeptablen Wert abfällt.