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极紫外辐射(英語:Extreme ultraviolet radiation)或高能紫外辐射,簡稱EUVXUV,是波长在124nm到10nm之间的电磁辐射,对应光子能量为10eV到124eV。自然界中,日冕会产生EUV。人工EUV可由等离子源和同步辐射源得到。主要用途包括光电子谱、对日EUV成像望远镜及光微影技術等。 EUV是最易被空气吸收的谱段,因此其传输环境需高度真空。

EUV的产生编辑

中性原子或固体无法发射EUV。产生EUV,首先要发生电离。只有被带多个正电荷的离子束缚的电子才能够发射EUV。例如,把+3碳离子继续剥除一个电子的过程需要65eV,其中的电子比普通价电子更受束缚。而带多电荷的正离子存在于热等离子体,或者,利用高次谐波强激光场可以临时产生自由电子和离子。强场中,电子在驱返回母核的时候被加速,结合将发射能量更高的光子,这个光子可能在EUV范围内。如果释放的光子能量足够大,它将接着电离用来产生高次谐波的媒质,使得产生高次谐波的媒质源被耗尽。另一方面,EUV的电场强度不够高,无法驱动电子,电子将逃逸。电子无法返回母核意味着无法产生更高次的谐波。而要进一步剥离电离后母核中的电子需要更大能量的光子。因此,产生EUV的过程与吸收电离的过程彼此竞争。 另外,在同步加速器中,沿轨道高速运动的电子也会辐射EUV。

物质中EUV的吸收编辑

当EUV光子被吸收的时候,电离过程中产生光电子和二次电子,这与物质吸收X射线电子束的过程类似。[1]

物质对EUV的响应可以通过下面方程进行描述:

  1. 二次电子动能的减少=电离势+三次电子动能
  2. N次电子将因电离与热运动减缓(声子产生)
  3. 最终产生的高次电子动能~0eV => 将电子剥离能量+热

有机物的电离势一般为7-9eV,金属的电离势为4-5eV。光电子接下来通过碰撞电离导致二次电子发射。有时,俄歇跃迁也会发生,吸收一个单个光子将发射两个电子。

严格地说,光电子,俄歇电子和二次电子都产生都伴随着正离子的产生,这些正离子被称为正电空穴(离子可以通过从附近的原子/分子中拉入其他电子而形成电中性)。自由电子与伴随的空穴整体是电中性的,电子-空穴对被称作激子。对于高能电子,电子-空穴间距较大,束缚能相应就较低。对于低能电子,电子-空穴间距小,激子本身会扩散到较远距离(>10nm)[2]。激子本身是一个激发态,当电子与空穴结合后,激子就会消失,这时才会形成稳定的化学产物。

因为光子吸收深度超过电子逃逸深度,发射的电子速度最终减缓,能量以热的形式耗散。EUV波长的的辐射较长波长辐射更易被吸收,因为它所对应的光子能量超过所有物质的能隙。因此它们的热效率显著较高,它的介电物质的热烧蚀阈值也因此变低[3]

参考资料编辑

  1. ^ B. L . Henke et al., J. Appl. Phys. 48, pp. 1852-1866 (1977).
  2. ^ P. Broms et al., Adv. Mat. 11, 826-832 (1999).
  3. ^ A. Ritucci et al., "Damage and ablation of large band gap dielectrics induced by a 46.9 nm laser beam," March 9, 2006 report UCRL-JRNL-219656 (Lawrence Livermore National Laboratory).