閱讀 | 訂閱
閱讀 | 訂閱
醫(yī)療激光新聞

準分子激光器:40年來從未被看好,但多領(lǐng)域獨領(lǐng)風(fēng)騷

星之球科技 來源:光電匯OESHOW2018-01-02 我要評論(0 )   

如果以人的年齡來算,準分子激光器在激光器群體中已屬中年,但是它在某些關(guān)鍵應(yīng)用中,仍是紫外和深紫外光的高功率光源。40年前,Lambda Physik公司(現(xiàn)在的Coherent公司...

如果以人的年齡來算,準分子激光器在激光器群體中已屬中年,但是它在某些關(guān)鍵應(yīng)用中,仍是紫外和深紫外光的高功率光源。
 
40年前,Lambda Physik公司(現(xiàn)在的Coherent公司)推出了第一臺商用準分子激光器。有趣的是,其開發(fā)者Bernd Steyer和Dirk Basting都是化學(xué)家,他們當時的主要目標是開發(fā)光化學(xué)和染料激光抽運源。準分子激光器進入市場不久,Lambda Physik公司便開始研究其他可能的應(yīng)用。
 
眾觀歷史,可以說,沒有哪個激光技術(shù)像準分子激光器技術(shù)一樣對我們的日常生活產(chǎn)生更深遠的影響了。
 
激光原位角膜磨鑲術(shù)(LASIK)、光刻和顯示器生產(chǎn)3個關(guān)鍵應(yīng)用說明了準分子激光器的獨特性能,并使該技術(shù)沿用至今。
 
獨特的輸出,獨特的效益
 
準分子激光器同時擁有紫外波長輸出和高脈沖能量的特點,高脈沖能量是它們被廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵。短波長可以確保生產(chǎn)出高精度分辨率的產(chǎn)品,這是基于在衍射效應(yīng)作用下光學(xué)分辨率隨波長按比例縮小的原理。高脈沖能量與高重頻的結(jié)合,可以實現(xiàn)高生產(chǎn)量和降低生產(chǎn)單個產(chǎn)品所需時間的目標。
 
從實用角度來看,由于制造商致力于改善準分子激光器的輸出特性,以使其適應(yīng)特定應(yīng)用的需求,這就強化了其在市場上的重要性。例如,第一臺商用準分子激光器,Lambda Physik公司生產(chǎn)的EMG 500(它的最大運轉(zhuǎn)頻率是20 Hz),現(xiàn)在許多準分子激光器均支持多千赫的重復(fù)率(見圖1)。同時,激光生產(chǎn)商也大大改善了準分子激光器的服務(wù)特性和總成本,以保持與其他激光技術(shù)和傳統(tǒng)技術(shù)的競爭力。
 
圖1 第一臺商用準分子激光器是Lambda Physik公司的EMG 500,其在248 nm處產(chǎn)生220 mJ的脈沖能量,重復(fù)頻率高達20 Hz。
 
視力矯正
 
每年,全世界有超過一百萬人接受LASIK激光視力矯正手術(shù),這極大地改善了人們的生活質(zhì)量(見圖2)。
 
 
圖2 LASIK手術(shù)每年可以改善一百多萬人的生活質(zhì)量。
 
1989年推出的LASIK是準分子激光器的第一個主要非科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。該激光器仍是單位放電體積輸出能量最大的激光器。該技術(shù)的發(fā)展歷程從最初對豬眼睛的粗糙實驗開始,到現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到在眼科診所和LASIK中心部署了超過1萬個高精度、緊湊的臺式激光器。
 
在LASIK手術(shù)中,人們利用193 nm的準分子激光脈沖重塑眼角膜,改變屈光力,以矯正近視、遠視和散光。
 
193 nm氟化氬(ArF)準分子激光燒蝕過程的精度對于LASIK手術(shù)的可預(yù)測性和安全性至關(guān)重要。另外,超短(納秒)脈沖寬度和短波長在稱為光燒蝕的冷處理中便于去除角膜材料。
 
 
光刻
 
準分子激光器對于制造高度小型化的集成電路(IC)也是至關(guān)重要的。而且,實用的更迷你、更強大、更經(jīng)濟的微處理器反過來又對現(xiàn)代社會產(chǎn)生了深遠的影響。
 
IC本身由在單個半導(dǎo)體晶片上構(gòu)建的眾多電子元件組成。這些器件是在光刻的過程中逐層構(gòu)建的。第一步就是用光敏光刻膠涂覆半導(dǎo)體晶片。用UV激光照射包含了所需電路圖案的掩模版(掩模),并將掩模圖案投影到晶片表面上,之后對曝光的抗蝕劑進行顯像,并對晶片進行化學(xué)蝕刻,從曝光區(qū)域物理去除材料以產(chǎn)生實際的功能。這個過程要重復(fù)30或40次,并最終形成了整個電路結(jié)構(gòu)。
 
最初光刻的光源采用的是泵燈,但是產(chǎn)品小型化的需求驅(qū)使生產(chǎn)商使用較短波長的光源(再加上后來衍射的原因),進而選擇了準分子激光器。
 
248 nm和193 nm的準分子激光器都可用于光刻。特別是193 nm的準分子激光使電路特性可降至10 nm,遠低于衍射極限。為了達到這個目的,需要研發(fā)高度專業(yè)的、能使可控光柵線變窄的準分子激光技術(shù),最大限度地減少光學(xué)成像中的色差問題。為了獲得更精細的圖像,很多其他的技術(shù),例如浸沒成像、雙倍或四倍曝光以及一系列成熟的光學(xué)成像方法都在使用。
 
在過去的25年中,為了適應(yīng)芯片行業(yè)不斷的需求,ASML公司Cymer和日本的Gigaphoton等公司在光刻技術(shù)方面取得了實質(zhì)性的進步。因此,具有高功率的振蕩器/放大器配置和出色的性能成為該應(yīng)用的標準。
 
窄化有源光譜、精確劑量和線寬控制等技術(shù)被廣泛使用。而其他技術(shù),如13 nm的極紫外光刻技術(shù)將填補準分子激光在大部分10 nm臨界層的應(yīng)用。準分子激光在光刻應(yīng)用領(lǐng)域仍然很有前景。
 
顯示產(chǎn)品
 
用于智能手機和其他設(shè)備的兩種最常見的平板顯示器包括有源矩陣液晶顯示器(AMLCD)和有源矩陣有機發(fā)光二極管(AMOLED)顯示器。它們都使用由玻璃基板構(gòu)成的背板。在這種基板上,大量的薄膜晶體管(TFT)被設(shè)計成實際的像素電路。薄膜由硅制成(通常為50 nm厚),并使用光刻技術(shù)產(chǎn)生所需的電路結(jié)構(gòu)。
 
化學(xué)汽相沉積法(CVD)用于創(chuàng)建非晶硅層。將這種無定形層轉(zhuǎn)化為多晶硅可以改善電子遷移率,使小小的TFT管能夠擁有優(yōu)良的電氣特性:阻擋較少的背光、讓顯示更亮而功率更低,這對于小型高分辨率顯示器尤為重要。此外,向OLED技術(shù)轉(zhuǎn)移對TFT管提出了更高的要求,因為OLED是由沒有背光的發(fā)射像素組成的。
 
準分子激光退火(準分子激光退火法)(參見圖 3)過程中,用準分子激光加熱a-Si層,將其轉(zhuǎn)變成多晶硅。具體來說,就是在a-Si膜上利用準分子激光線束進行脈沖掃描,可有效吸收308 nm的準分子激光輸出。
 
 


圖3 顯示器準分子激光退火(ELA)工藝的基本元素。
 
這種高吸收率與準分子激光器的高脈沖能量相結(jié)合,可以使每個脈沖實現(xiàn)薄硅層的幾近熔化。硅的高吸收率還可防止紫外線明顯滲透到襯底中,避免熱應(yīng)力,并允許使用廉價的玻璃材料作為襯底。
 
 
圖4 Coherent LineBeam 1000 / TwinVYPER系統(tǒng)中,四個獨立的激光器輸出合束成單一光束。
 
隨著準分子激光器的處理能力以及性能、可靠性和購置成本的不斷提高,使其繼續(xù)成為許多工業(yè)、醫(yī)療和科研過程中的關(guān)鍵技術(shù)。例如,準分子激光剝離工藝是新一代柔性顯示器的關(guān)鍵,準分子激光器生產(chǎn)的光纖布拉格光柵(FBG)對電信、傳感和許多光纖激光器的設(shè)計而言極其重要。

轉(zhuǎn)載請注明出處。

激光準分子激光器
免責(zé)聲明

① 凡本網(wǎng)未注明其他出處的作品,版權(quán)均屬于激光制造網(wǎng),未經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)不得轉(zhuǎn)載、摘編或利用其它方式使用。獲本網(wǎng)授權(quán)使用作品的,應(yīng)在授權(quán)范圍內(nèi)使 用,并注明"來源:激光制造網(wǎng)”。違反上述聲明者,本網(wǎng)將追究其相關(guān)責(zé)任。
② 凡本網(wǎng)注明其他來源的作品及圖片,均轉(zhuǎn)載自其它媒體,轉(zhuǎn)載目的在于傳遞更多信息,并不代表本媒贊同其觀點和對其真實性負責(zé),版權(quán)歸原作者所有,如有侵權(quán)請聯(lián)系我們刪除。
③ 任何單位或個人認為本網(wǎng)內(nèi)容可能涉嫌侵犯其合法權(quán)益,請及時向本網(wǎng)提出書面權(quán)利通知,并提供身份證明、權(quán)屬證明、具體鏈接(URL)及詳細侵權(quán)情況證明。本網(wǎng)在收到上述法律文件后,將會依法盡快移除相關(guān)涉嫌侵權(quán)的內(nèi)容。

網(wǎng)友點評
0相關(guān)評論
精彩導(dǎo)讀