ليزر فلوريد الأرجون

📅 آخر تحديث: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

يُعدّ ليزر فلوريد الأرجون (ليزر ArF) نوعًا خاصًا من ليزر الإكسيمر ، [ 1 ] والذي يُطلق عليه أحيانًا (بشكل أدق) ليزر الإكسيبلكس. بطول موجي يبلغ 193 نانومترًا، يُصنّف هذا الليزر ضمن ليزرات الأشعة فوق البنفسجية العميقة، ويُستخدم على نطاق واسع في إنتاج الدوائر المتكاملة لأشباه الموصلات ، وجراحة العيون، والتصنيع الدقيق، والبحث العلمي. كلمة "إكسيمر" اختصار لـ " ثنائي مُثار "، بينما كلمة "إكسيبلكس" اختصار لـ "مركب مُثار". يستخدم ليزر الإكسيمر عادةً مزيجًا من غاز نبيل (الأرجون، أو الكريبتون، أو الزينون) وغاز هالوجيني (الفلور أو الكلور)، والذي يُصدر، في ظل ظروف مناسبة من التحفيز الكهربائي والضغط العالي، إشعاعًا محفزًا متماسكًا (ضوء ليزر) في نطاق الأشعة فوق البنفسجية.

تُستخدم ليزرات الإكسيمر ArF (و KrF ) على نطاق واسع في آلات الطباعة الضوئية عالية الدقة ، وهي تقنية بالغة الأهمية لتصنيع رقائق الإلكترونيات الدقيقة . وقد مكّنت الطباعة الضوئية باستخدام ليزر الإكسيمر [ 2 ] [ 3 ] من تقليص أبعاد الترانزستورات من 800 نانومتر في عام 1990 إلى 7 نانومترات في عام 2018. [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] وفي بعض الحالات، حلت آلات الطباعة الضوئية بالأشعة فوق البنفسجية القصوى محل آلات الطباعة الضوئية ArF، إذ تُمكّن من الحصول على أبعاد أصغر مع زيادة الإنتاجية، حيث توفر آلات الأشعة فوق البنفسجية القصوى دقة كافية في خطوات أقل. [ 7 ]

يُعدّ تطوير تقنية الطباعة الحجرية باستخدام ليزر الإكسيمر أحد أهم الإنجازات في تاريخ الليزر الممتد على مدى 50 عامًا. [ 8 ] [ 9 ]

نظرية

يمتص ليزر الأرجون والفلوريد الطاقة من مصدر ما، مما يؤدي إلى تفاعل غاز الأرجون مع غاز الفلورين لإنتاج أحادي فلوريد الأرجون ، وهو مركب مؤقت ، في حالة طاقة مثارة:

2 Ar + F2 → 2 ArF

يمكن أن يخضع المركب لانبعاث تلقائي أو محفز، مما يقلل من مستوى طاقته إلى حالة أرضية شبه مستقرة، ولكنها شديدة التنافر . ويتفكك المركب في الحالة الأرضية بسرعة إلى ذرات غير مرتبطة.

2 ArF → 2 Ar + F2

والنتيجة هي ليزر إكسيبلكس يشع طاقة عند 193  نانومتر، والذي يقع في الجزء البعيد من الأشعة فوق البنفسجية من الطيف ، وهو ما يتوافق مع فرق طاقة قدره 6.4 إلكترون فولت بين الحالة الأرضية والحالة المثارة للمركب.

التطبيقات

الطباعة الضوئية

يُعدّ استخدام ليزرات الإكسيمر ArF في الطباعة الضوئية بالأشعة فوق البنفسجية العميقة [ 2 ] [ 3 ] من أكثر التطبيقات الصناعية انتشارًا في تصنيع الأجهزة الإلكترونية الدقيقة (أي الدوائر المتكاملة لأشباه الموصلات أو "الرقائق"). فمنذ أوائل الستينيات وحتى منتصف الثمانينيات، استُخدمت مصابيح Hg-Xe  في الطباعة الضوئية بأطوال موجية 436 و405 و365 نانومتر. إلا أنه مع ازدياد حاجة صناعة أشباه الموصلات إلى دقة أعلى (لإنتاج رقائق أكثر كثافة وسرعة) وزيادة الإنتاجية (لخفض التكاليف)، لم تعد أدوات الطباعة الضوئية القائمة على المصابيح قادرة على تلبية متطلبات هذه الصناعة.

تم التغلب على هذا التحدي عندما تم اختراع تقنية الطباعة الحجرية باستخدام ليزر الإكسيمر بالأشعة فوق البنفسجية العميقة، وعرضها في شركة IBM على يد ك. جاين ، في تطور رائد عام 1982. [ 2 ] [ 3 ] [ 10 ] ومع التقدم الذي أحرزته تكنولوجيا المعدات في العقدين التاليين، وصلت قيمة إنتاج الأجهزة الإلكترونية لأشباه الموصلات المصنعة باستخدام تقنية الطباعة الحجرية بليزر الإكسيمر إلى 400 مليار دولار أمريكي سنويًا. ونتيجة لذلك، [ 5 ] أصبحت تقنية الطباعة الحجرية بليزر الإكسيمر (باستخدام ليزري ArF وKrF) عاملًا حاسمًا في استمرار تقدم قانون مور . [ 6 ]

جراحة العيون

يمتصّ ضوء الأشعة فوق البنفسجية المنبعث من ليزر ArF بكفاءة عالية من قِبل المواد البيولوجية والمركبات العضوية. وبدلاً من حرق المادة أو قطعها، يعمل ليزر ArF على تفكيك الروابط الجزيئية للأنسجة السطحية، التي تتحلل في الهواء بطريقة دقيقة ومضبوطة من خلال الاستئصال بدلاً من الحرق. ولذلك، يتميز ليزر ArF وغيره من ليزرات الإكسيمر بقدرته على إزالة طبقات رقيقة للغاية من المواد السطحية دون تسخين يُذكر أو تغيير يُذكر في بقية المادة، التي تبقى سليمة. هذه الخصائص تجعل هذه الليزرات مناسبة تمامًا للتصنيع الدقيق للمواد العضوية (بما في ذلك بعض البوليمرات والبلاستيك)، وخاصةً العمليات الجراحية الدقيقة كجراحة العيون (مثل الليزك واللازك ) . [ 11 ]

التصنيع الدقيق للأسطح

في الآونة الأخيرة، ومن خلال استخدام نظام حيود منتشر جديد يتكون من مصفوفتين من العدسات المجهرية، تم إجراء عملية تصنيع دقيقة للأسطح باستخدام ليزر ArF على السيليكا المنصهرة بدقة دون الميكرومتر. [ 12 ]

الطاقة الاندماجية

في عام 2021، بدأ مختبر الأبحاث البحرية التابع للولايات المتحدة العمل على ArF لاستخدامه في الاندماج بالقصور الذاتي ، مما يوفر كفاءة طاقة تصل إلى 16٪ . [ 13 ]

تعمل شركة LaserFusionX على تطوير نموذج أولي لطاقة الاندماج النووي ذات الدفع المباشر باستخدام ليزرات فلوريد الأرجون. واعتبارًا من عام 2024، انصب تركيزها على بناء منشأة انضغاطية لتصميم واختبار ليزرات قادرة على معدلات إطلاق سريعة كافية، باستخدام طاقة نبضية صلبة. [ 14 ]

أمان

إن الضوء المنبعث من ليزر ArF غير مرئي للعين البشرية، لذا يلزم اتخاذ احتياطات أمان إضافية عند التعامل مع هذا الليزر لتجنب الأشعة المتناثرة. يلزم ارتداء قفازات لحماية الجلد من خصائصه التي قد تكون مسرطنة ، ونظارات واقية من الأشعة فوق البنفسجية لحماية العينين.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ باستينغ، د.؛ ماروسكي، ج. (2005). "ملاحظات تمهيدية". تكنولوجيا ليزر الإكسيمر . برلين: سبرينغر-فيرلاغ. ص 1-7 . Bibcode : 2005elt..book....1B . doi : 10.1007/3-540-26667-4_1 . ISBN  3-540-20056-8.
  2. 1 2 3 جاين، ك.؛ ويلسون، سي جي؛ لين، بي جيه (1982). "الطباعة الحجرية بالأشعة فوق البنفسجية العميقة فائقة السرعة باستخدام ليزرات الإكسيمر". رسائل أجهزة الإلكترونيات IEEE . 3 (3): 53-55 . Bibcode : 1982IEDL....3...53J . doi : 10.1109/EDL.1982.25476 . S2CID 43335574 . 
  3. 1 2 3 جاين، كانتي (11 مارس 1987). لوك، تينغ شان (محرر). "تطورات في طباعة الليثوغرافيا بالليزر الإكسيمري". ليزرات الإكسيمر والبصريات . 0710. SPIE: 35. Bibcode : 1987SPIE..710...35J . doi : 10.1117/12.937294 . S2CID 136477292 . 
  4. ↑ "سامسونج تبدأ أول إنتاج ضخم في الصناعة لنظام متكامل على شريحة بتقنية FinFET ذات 10 نانومتر" . news.samsung.com . تاريخ الاطلاع: 25 أكتوبر 2021 .
  5. 1 2 "الليزر وقانون مور" . spie.org . تم الاطلاع عليه بتاريخ 25-10-2021 .
  6. ١ ٢ "شركة TSMC تبدأ الإنتاج الكمي لرقائق ٧ نانومتر" . AnandTech. ٢٠١٨-٠٤-٢٨. مؤرشف من الأصل في ٢٤ أبريل ٢٠١٨. تم الاطلاع عليه بتاريخ ٢٠ أكتوبر ٢٠١٨ .
  7. ↑ "تقنية الطباعة الحجرية بالأشعة فوق البنفسجية المتطرفة جاهزة أخيرًا لتصنيع الرقائق" . مجلة IEEE Spectrum . 5 يناير 2018.
  8. ↑ "SPIE / تطوير الليزر / 50 عامًا وإلى المستقبل" (PDF) .
  9. ↑ "مجلس أبحاث الهندسة والعلوم الفيزيائية في المملكة المتحدة / الليزر في حياتنا / 50 عامًا من التأثير" (ملف PDF) . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 13 سبتمبر 2011.
  10. ↑ باستينغ، د.؛ ديجو، ن.؛ جاين، ك. (2005). "مراجعة تاريخية لتطوير ليزر الإكسيمر". في باستينغ، د.؛ ماروسكي، ج. (محرران). تكنولوجيا ليزر الإكسيمر . برلين: سبرينغر-فيرلاغ. ص 8-21 . Bibcode : 2005elt..book....8B . doi : 10.1007/3-540-26667-4_2 . ISBN  3-540-20056-8.
  11. ↑ كوريان ج، شيما أ، تشاك ر.س (2017). "استئصال القرنية تحت الظهارة بمساعدة الليزر (LASEK) مقابل استئصال القرنية الموضعي بمساعدة الليزر (LASIK) لتصحيح قصر النظر" . قاعدة بيانات كوكرين للمراجعات المنهجية . 2017 (2) CD011080. doi : 10.1002/14651858.CD011080.pub2 . PMC 5408355. PMID 28197998 .  
  12. ↑ تشو، أندرو ف. (2011). "تجانس شعاع ليزر الإكسيمر فوق البنفسجي لتطبيقات التصنيع الدقيق". رسائل البصريات والفوتونيات . 4 (2): 75-81 . doi : 10.1142/S1793528811000226 .
  13. ↑ زوندي، ديفيد (24 أكتوبر 2021). "ليزر فلوريد الأرجون قد يؤدي إلى مفاعلات اندماج عملية" . نيو أطلس . مؤرشف من الأصل في 25 أكتوبر 2021. تم الاسترجاع في 25 أكتوبر 2021 .
  14. ↑ بيثوكوكيس، جيمس (11 أبريل 2024). "⚡⚛ محادثتي (مع النص المكتوب) مع ستيف أوبنشاين من شركة LaserFusionX حول الاندماج الليزري" . أسرع من فضلك! تم الاطلاع عليه بتاريخ 12 أبريل 2024 .