Введение 3
1.1. О проблеме СУОЗ 5
1.2. Принцип действия свето-управляемого затвора ВУФ излучения 5
1.3. Выбор иона активатора для СУОЗ 7
1.4. ВУФ спектроскопия РЗЭ во фторидных кристаллах. Краткий обзор . 9
1.5. О выборе кристалла - основы для СУОЗ 12
2. Техника эксперимента 13
2.1. ВУФ спектрометр 14
2.2. Экспериментальная установка для исследований методом «накачка- зондирование» 16
2.3. Зависимость длины волны излучения диодного лазера от
температуры головки излучателя 19
2.4. Процедура измерения и обработки спектров 20
3. Экспериментальные результаты 23
3.1. Спектры поглощения образцов в ВУФ области спектра 23
3.2. Поглощения кристаллов в ИК области спектра 25
3.3. Спектры поглощения кристаллов в ВУФ области спектра при
накачке состояния 4F3/2 ионов Nd3+ 27
Заключение 30
Список литературы 31
Приложение
Технология современной фотолитографии развивается в сторону уменьшения размеров топологических элементов микросхем. В ее основе лежит использование светового излучения. На ранних этапах становления этой технологии - изготовление различных масок для элементов электроники использовалось обычное некогерентное излучение. По мере ее развития для этих целей стали использовать когерентное лазерное излучение. В настоящее время чаще всего используют излучение эксимерного лазера с Х=248 нм.
Дальнейшее развитие фотолитографии исследователями видится в освоении технологии с использованием лазеров с ещё более короткими длинами волн 193 и 157 нм. В настоящее время лазеры с длиной волны 193 нм начали использоваться все более активно. В связи с этим для технологических задач возникла проблема в управлении его излучением - быстрое прерывание его пучка в нужные моменты времени. Прерывание излучения простым выключением лазера непригодно, так как изменяется тепловой режим работы лазера, долгий выход на режим после включения до достижения необходимого модового состава его излучения. Поэтому для этого необходимы оптические затворы.
Использование существующих на настоящее время оптических затворов затруднительно по ряду причин. Например, исходное пропускание материала затвора должно быть на 193 нм близким к 90-100%. Кроме того, современные оптические затворы обычно управляются приложением высоковольтного напряжения, поэтому в этом случае возникает крайняя трудность формирования однородного электрического поля на большой апертуре затвора, которая необходима для технологии. В работе Дубинского [1] была предложена и экспериментально показана идея свето-управляемого оптического затвора (СУОЗ) на основе f-f переходов ионов Nd3+ которая позволяла «включать и выключать» диапазон 260-320 нм. Такой затвор, управляемый внешним лазерным излучением, лишён недостатков 3
электрооптического затвора. Для него можно использовать любую необходимую для практики апертуру. Однородность его засветки управляющим излучением при использовании лазеров можно легко обеспечить. Однако из-за отсутствия потребностей практики использования этого (260-320 нм) диапазона, идея не получила развития.
После опубликования работы Дубинского в 1991 году, к концу и в начале 2000 годов начали публиковаться работы по исследованию спектральных свойств фторидных кристаллов, активированных ионами РЗЭ в вакуумно-ультрафиолетовом диапазоне спектра, в которые обусловлены наличием состояний их смешанной 4fn5d конфигурации. Первое рассмотрение результатов этих исследований навело на мысль об использовании этих состояний в качестве конечных, для реализации СУОЗ для лазерного излучения с длиной волны 193 нм, актуального для фотолитографических технологий.
В связи с вышесказанным:
целью настоящей работы было, подобрать перспективные для СУОЗ фторидные кристаллы, активированные ионами РЗЭ, на основе данных литературы. Провести исследования их спектроскопических свойств и экспериментально показать работоспособность свето-управляемого оптического затвора для длины волны 193 нм.
Из обозначенной цели вытекали следующие задачи:
1. Провести обзор литературы по спектроскопии трёхвалентных ионов РЗЭ во фторидных кристаллах в ВУФ области спектра в плане применимости их в качестве СУОЗ для 193 нм излучения.
2. Создать спектрометр для ВУФ области спектра и установку «возбуждение-зондирование» на его основе, и экспериментально показать работоспособность СУОЗ для 193 нм излучения.
В результате проделанной работы исследованы спектроскопические свойства кристаллов одинарных фторидов CaF2 и SrF2, а также двойных фторидов KY3F10 и N4Y6F22 активированных ионами Nd3+ в ВУФ-УФ и ИК областях спектра. Экспериментально показано, что ионы Nd3+ являются подходящими ионами активаторами для допирования кристаллов-основ для реализации СУОЗ, а наилучшим кристаллом для этих целей, из исследованных в работе, является одинарный фторид CaF2.
Таким образом, цель работы выполнена, для её достижения были решены следующие задачи:
- создан спектрометр, позволяющий регистрировать ВУФ спектры от 180 нм до 1000 нм с единовременной записью спектрального участка 90 нм с разрешением не хуже 0.5 нм;
- создана установка для экспериментов типа «накачка-зондирование» позволяющая регистрировать спектры поглощения из возбуждённого состояния ионов РЗЭ;
- отлажена процедура регистрации и обработки спектров поглощения из возбуждённого состояния ионов РЗЭ.
