Cos'è un LASER ad eccimeri?
Il laser ad eccimeri o laser Exciplex è un tipo di laser che utilizza la luce ultravioletta per produrre dispositivi microelettronici, circuiti integrati semiconduttori e micro-macchine. Nikolai Basov, Yu. M. Popov e VA Danilychev hanno inventato il laser ad eccimeri nel 1970 al Lebedev Physical Institute di Mosca. La parola eccimero è l'abbreviazione di "Excited dimer" e la parola exciplex è l'abbreviazione di "Excited complex". Inizialmente, Nikolai Basov, Yu. M. Popov e VA Danilychev hanno utilizzato un dimero allo xeno o Xe2 che è stato eccitato utilizzando un fascio di elettroni per produrre un'emissione stimolata avente una lunghezza d'onda di 172 nm.
Come viene costruito un laser ad eccimeri?
Un laser ad eccimeri o Exciplex è generalmente costruito utilizzando gas nobili come argon, krypton o xeno insieme a gas alogeni reattivi come fluoro o cloro. I gas vengono quindi sottoposti a stimolazione elettrica e ad alta pressione con conseguente formazione di una pseudo molecola energizzata nota come eccimero o exciplex (per alogenuri di gas nobili). Queste pseudo molecole possono esistere solo in stati energizzati che producono un raggio laser di luce ultravioletta. Una molecola di eccimeri ha uno stato eccitato legato e uno stato fondamentale repulsivo che è responsabile dell'azione del laser della molecola.
I gas nobili come l'argon, il krypton o lo xeno generalmente non reagiscono con altre molecole, ma in uno stato elettricamente eccitato queste molecole possono combinarsi con se stesse (eccimeri) o con molecole alogene (exciplex). La molecola eccitata tende a rilasciare l'energia in eccesso sotto forma di emissione spontanea o stimolata. Ciò si traduce in una molecola di stato fondamentale estremamente repulsiva che si dissocia rapidamente nei suoi atomi non legati per inversione di popolazione.
Molecola di eccimeri - Tabella delle lunghezze d'onda
La lunghezza d'onda della luce rimessa da un eccimero eccitato o da una molecola di exciplex dipende dagli elementi di cui è composta la molecola.
| eccimeri | lunghezza d'onda |
| Ar2* | 126 nm |
| Kr2* | 146 nm |
| F2* | 157 nm |
| Xe2* | 172 e 175 nm |
| ArF | 193 nm |
| KrCl | 222 nm |
| KrF | 248 nm |
| XeBr | 282 nm |
| XeCl | 308 nm |
| XEF | 351 nm |
Quali sono le applicazioni del laser ad eccimeri?
Applicazioni mediche:
Genera laser ad eccimeri luce ultravioletta che è ben assorbito dai composti organici e dalla materia biologica. L'intensità dell'energia della luce UV fornita dal laser ad eccimeri è sufficiente per disturbare i legami molecolari presenti nella superficie del tessuto senza bruciare o tagliare. I laser ad eccimeri dissociano gli strati sottili sulle superfici dei tessuti attraverso l'ablazione controllata invece di bruciare. Ciò lo rende estremamente efficace nella rimozione di sottili strati di tessuto senza disturbare gli strati profondi e gli organi.
Le grandi dimensioni di questi laser rappresentano uno svantaggio per le applicazioni mediche. Tuttavia, al giorno d'oggi con lo sviluppo di nuove tecnologie le dimensioni si riducono notevolmente.
Applicazioni scientifiche:
I laser ad eccimeri vengono utilizzati per una varietà di scopi sperimentali scientifici. Questi laser vengono utilizzati anche per produrre ulteriormente laser a colorante blu-verde eccitando quella regione dello spettro. La lunghezza d'onda corta, la grande fluenza e le proprietà del raggio non continuo di questi laser vengono utilizzate per l'ablazione di diversi materiali nei sistemi di deposizione laser a impulsi.
Fotolitografia:
I laser ad eccimeri svolgono un ruolo importante nella produzione di chip microelettronici (cioè circuiti integrati semiconduttori) utilizzando macchine per fotolitografia. Attualmente, la luce ultravioletta profonda (DUV) dei laser ad eccimeri KrF e ArF viene utilizzata per ridurre le dimensioni dei transistor a 7 nanometri. La litografia ad eccimeri ha contribuito immensamente nel campo dei dispositivi a semiconduttore.
Qual è la velocità di ripetizione dell'impulso dei laser ad eccimeri?
I laser ad eccimeri o exciplex pompati da fasci di elettroni possono generare impulsi di energia singola che di solito sono separati da lunghi periodi di tempo. Comparativamente, i laser ad eccimeri pompati dalla scarica producono un flusso costante di impulsi. Questi laser hanno una frequenza di ripetizione dell'impulso significativamente maggiore di circa 100 Hz e un ingombro molto più piccolo.
L'output medio di un laser ad eccimeri è il prodotto della frequenza di ripetizione o del numero di impulsi al secondo con l'energia dell'impulso (in Joule). La potenza media di un laser ad eccimeri o exciplex varia da 1 Watt a 100 Watt. Una potenza media simile non significa necessariamente che l'uscita del laser sarebbe la stessa. Una volta che la frequenza di ripetizione supera un certo valore, l'energia prodotta per impulso viene ridotta.
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