202335. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés lézer-plazma ultraibolya sugárzásának növelésére
1 HU 202 335 B 2 A találmány tárgya eljárás és berendezés lézerplazma ultraibolya sugárzásának növelésére. Mint ismeretes, ultraibolya (UV) fényforrásokat széleskörűen alkalmazzák az ipar és a tudomány számos területén, pl. az analitikában, a mikroszkópiában, felületvizsgálatoknál, IC-maszkok készítésénél és a fotokémiában. A legtöbb felhasználási területen világosan látszanak az ultraibolya fényforrások előnyei, és az előnyös tulajdonságok fokozásának, továbbfejlesztésének tendenciái. Ilyen tendenciák pl. a hangolhatóság, a pontszerű forrás, a nagy felületi fényesség, a rövid időtartamú fénykibocsátás és a minél rövidebb hullámhossz elérése, elfogadható áron és reprodukciós szinten. Számtalan ultraibolya fényforrás áll már ma is rendelkezésünkre. Ilyenek pl. a higanygőz lámpák, amiket főleg kis intenzitású, de folytonos forrásként alkalmaznak eléggé széles hullámhossz tartományban. A rövidebb hullámhosszakat hangolhatóan lehet elérni a szinkrotron sugárzással, de ehhez, a magas költségek miatt csak korlátozottan lehet hozzáférni. Az elektromos szikrák már fényesebbek, pontszerűbbek és alacsonyabb árúak, mint a fentiek. Ennek ellenére a plazma élettartamának, pozíciójának és intenzitásának bizonytalanságai jelentősen korlátozzák alkalmazási lehetőségeiket. Az ultraibolya lézerek is ilyen fényforrásoknak tekinthetők. Bizonyos koherencia és kedvező divergencia tulajdonságuk is van, de ez nem mindig előny. Az egyszínűség (hangolhatok esetében is ez a helyzet egy-egy időpillanatban) és a koherencia olyan zavaró mellékeffektusokkal jár, mint pl. a specie képződés, mely a felhasználások jelentős részénél kizáró tényező. A legtöbb esetben „fehér fényű” azaz folytonos spektrumú, pontszerű ultraibolya fényforrásra van szükség, mely tulajdonságok legegyszerűbben a lézerplazmáknál érhetők el. Az egyszínű, jól fókuszálható lézerfénnyel különböző targeteken, bizonyos fényintenzitás-sűrűség felett, rövid ideig (10~ss) tartó, magas hőmérsékletű plazma kelthető, melynek UV-fénye rendelkezik a fenti előnyös tulajdonságokkal. A targetet be- és kilépő ablakokkal ellátott vákuumedényben helyezik el, amelyben 10 "3 mbar-nál kisebb vákuumot hoznak létre. A belépő ablakon át a targetre fókuszált legalább 104 W/cm2 intenzitású lézersugárral lézerplazmát keltenek és a keletkező ultraibolya fényt a kilépő ablakon át kivezetik a vákuumedényből. Sajnos, a megfelelő intenzitású lézerek ára tetemes, s adott körülmények között az UV-fény intenzitása növelésének kizárólagos módja a plazmakeltő lézer teljesítményének fokozása. Ha figyelembe vesszük, hogy a lézerteljesítmények függvényében a lézer ára legalább négyzetesen, a plazma UV-fénye pedig a lineárisnál is „lassabban” nő, nyilvánvalóvá válik, hogy csak kevesek engedhetik meg maguknak a szükséges lézerek megvásárlását. Mindezek miatt a találmánnyal célunk az volt, hogy adott gerjesztő lézerintenzitás érték mellett optimalizáljuk, illetve jelentősen fokozzuk a lézerplazmából nyerhető fény intenzitását Ezáltal adott lézerrel nagyobb UV-intenzitás, vagy ad ott UV-intenzitás kisebb teljesítményű, ennek megfelelően lényegesen olcsóbb lézerrel érhető el. A találmánnyal megoldandó feladat tehát a lézerfénnyel keltett, rövid időtartamú, pontszerű lézerplazmák ultraibolya fénykibocsátásának fokozása volt Kutatásaink során már hosszabb ideje tanulmányoztuk a lézerplazmák viselkedését, s ezen vizsgálatok alapján rájöttünk, hogy a feladat egyszerűen megoldódik, ha a plazmát egy erős, statikus elektromos térben keltjük, mégpedig olyan polaritásé térben, mely a pozitív töltésű ionokat a plazma közepéből kifelé vonzza. Az erős statikus elektromos térben keltett plazmában ugyanis az elektronok és iontörzsek időleges és részleges elkülönítése megnöveli a rekombináció hatáskeresztmetszetét, s így a konverzió hatásfokát Ez a megoldás egyúttal bizonyos elektromos energia UV- konveizióját is lehetővé teszi, mely kiegészíti a „lézerfényplazma-UV” konverziós folyamatot A találmány szerinti eljárás során tehát egy vákuumedényben elhelyezett targetre fókuszált legalább 104 W/cm2 intenzitású lézersugárral lézerplazmát keltünk, és a keletkező ultraibolya fényt kivezetjük a vákuumedényből. A lézerplazmát legalább 102 V/cm térerősségé és olyan polaritásé statikus elektromos térben keltjük, amely a lézerplazmában levő pozitív töltésű ionokat a lézerplazma közepéből kifelé vonzza. Az eljárást megvalósító berendezésnek target elhelyezésére alkalmas vákuumedénye van, amely a gerjesztő lézerfény belépésére és a keletkezett ultraibolya fény kilépésére szolgáló ablakokkal rendelkezik. A vákuumedényben pozitív és negatív elektródák vannak kialakítva, amelyek kondenzátorral ellátott nagyfeszültségű tápegység pólusaival vannak összekötve. Továbbá a targetnek az a része, ahol a lézerplazma keletkezik, a pozitív elektródához közelebbi térrészben helyezkedik el. Célszerű olyan berendezést készíteni, ahol a targetanyagnak a lézerfényhez viszonyított helyzete változtatható a vákuum lerontása nélkül, célszerűen a targetanyag forgatható. Célszerű továbbá, ha fémesen vezető targetanyag esetén a target anyaga maga a pozitív elektróda. Célszerű az is, ha fémesen vezető vákuumedényfal esetén a fal maga van a targethez viszonyítva negatív potenciálra kötve, ami célszerűen azonos a földeléssel. A találmányt részletesebben az ábra alapján mutatjuk be, amelyen a találmány szerinti berendezés egy előnyös kiviteli alakjának vázlata látható. A 1 vákuumedény a 3 lézer 4 lézerfényének bevezetésére szolgáló 5 ablakkal, és a 2 target felületén keletkező 7 ultraibolya fényt kivezető 8 ablakkal van ellátva. Jelen esetben az 5 ablak a 4 lézerfényt a 2 target felületére fókuszáló lencseként van kialakítva. Példánkban mind a 2 target, mind az 1 vákuumedény 11 fala elektromosan vezető anyagból van, és pozitív, ill. negatív elektródát képez. Az elektródák, azaz a 2 target és a 11 fal, a nagyfeszültségű 9 tápegység pólusaival vannak összekötve. A pozitív pólus a 11 falban elhelyezett 10 bevezetőn keresztül csatlakozik a 2 targetre. A 9 tápegység a gyors (indukciómentes) nagyfeszültségű 12 kondenzátorral van ellátva, amely biztosítja a stabil statikus elektromos tér fenntartását. Az elektródák az 1 vákuumedényben külön, azaz a 2 targettől és a 11 faltól függetlenül is kialakíthatók, de ebben az esetben is szükséges, hogy a 2 targetnek az a része, amelyen a 6 lézerplazma keletkezik, a viszonylag pozitív féltérben helyezkedjen el. A berendezés egy további célszerű kiviteli alakjánál 5 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
