thumb|alt=O laser Electra no NRL é um laser de KrF que demonstrou mais de 90.000 disparos em 10 horas.|O laser Electra no NRL é um laser de KrF que demonstrou mais de 90.000 disparos em 10 horas. Um laser de fluoreto de criptônio (laser de KrF) é um tipo particular de laser de excímero,Basting, D. and Marowsky,G., Eds., Excimer Laser Technology, Springer, 2005. que às vezes é (mais corretamente) chamado de laser de exciplexo. Com seu comprimento de onda de 248 nanômetros, é um laser de ultravioleta profundo que é comumente usado na produção de circuitos integrados semicondutores, microusinagem industrial e pesquisa científica. O termo excímero é a abreviação de "dímero excitado", enquanto exciplexo é a abreviação de "complexo excitado". Um laser de excímero normalmente contém uma mistura de um gás nobre, como argônio, criptônio ou xenônio, e um gás halogênio, como flúor ou cloro. Sob condições adequadamente intensas de estimulação eletromagnética e pressão, a mistura emite um feixe de radiação estimulada coerente como luz laser na faixa do ultravioleta.

Os lasers de excímero de KrF e ArF são amplamente incorporados em máquinas de fotolitografia de alta resolução, uma das ferramentas críticas necessárias para a fabricação de chips microeletrônicos em dimensões nanométricas. A litografia por laser de excímeroJain, K. "Excimer Laser Lithography", SPIE Press, Bellingham, WA, 1990. permitiu que os tamanhos dos recursos dos transistores encolhessem de 800 nanômetros em 1990 para 10 nanômetros em 2016.La Fontaine, B., "Lasers and Moore's Law", SPIE Professional, Oct. 2010, p. 20.Samsung Starts Industry's First Mass Production of System-on-Chip with 10-Nanometer FinFET Technology; https://news.samsung.com/global/samsung-starts-industrys-first-mass-production-of-system-on-chip-with-10-nanometer-finfet-technology

Teoria Um laser de fluoreto de criptônio absorve energia de uma fonte, fazendo com que o gás criptônio reaja com o gás flúor, produzindo o exciplexo fluoreto de criptônio, um complexo temporário em um estado de energia excitado:

2 Kr + F2 → 2 KrF

O complexo pode sofrer emissão espontânea ou estimulada, reduzindo seu estado de energia para um estado fundamental metaestável, mas altamente repulsivo. O complexo no estado fundamental rapidamente se dissocia em átomos não ligados:

2 KrF → 2 Kr + F2 O resultado é um laser de exciplexo que irradia energia a 248 nm, perto da porção ultravioleta do espectro eletromagnético, correspondendo à diferença de energia entre o estado fundamental e o estado excitado do complexo.

Sistemas de exemplo Vários desses lasers foram construídos para experimentos de ICF (fusão por confinamento inercial); exemplos incluem:"Proceedings of the 4th international workshop on KrF laser technology" Annapolls Maryland, May 2, 1994 to May 5th 1994 Los Alamos construiu um laser de KrF em 1985 para provar o disparo de teste de um feixe com um nível de energia de 10.000 J. Isso fez parte do grande esforço de pesquisa do laser Aurora, que analisou lasers de CO2 e outros sistemas. Laser Nike. O Ramo de Plasma de Laser do Laboratório de Pesquisa Naval (NRL) concluiu um laser de KrF chamado laser Nike, que pode produzir cerca de 4.500 J de saída de energia UV em um pulso de 4 nanossegundos. O laser NIKE foi substituído por um laser de fluoreto de argônio após 2013 para demonstrar o impacto da transição para comprimentos de onda mais curtos (193 nm). O Laboratório de Pesquisa Naval dos Estados Unidos construiu o laser Electra e o Nike para provar a viabilidade dos lasers de KrF e ArF em abordagens de ICF. Em 2013, o Electra demonstrou 90.000 disparos ao longo de 10 horas de operação.Obenschain, Stephen, et al. "High-energy krypton fluoride lasers for inertial fusion." Applied optics 54.31 (2015): F103-F122. O Rutherford Appleton Laboratory construiu os lasers de KrF Sprite e Titania.Divall, E. J., et al. "Titania—a 1020 W cm− 2 ultraviolet laser." Journal of modern optics 43.5 (1996): 1025-1033. O Laboratório Eletrotécnico do Japão construiu os lasers de KrF Ashura e Super Ashura.Okuda, I., et al. "Performance of theSuper-ASHURA'main amplifier." Fusion engineering and design 44.1-4 (1999): 377-381. O Instituto de Energia Atômica da China possuía um laser antes de meados da década de 1990. O Laboratório Nacional de Livermore desenvolveu um laser de KrF e um amplificador conhecido como sistema RAPIER (Raman Amplifier Pumped by Intensified Excimer Radiation - Amplificador Raman Bombeado por Radiação de Excímero Intensificada).

Aplicações Este laser também tem sido usado para produzir emissão de raios X moles a partir de um plasma, através da irradiação por pulsos breves desta luz laser. Outras aplicações importantes incluem a manipulação de vários materiais, como plástico, vidro, cristal, materiais compósitos e tecidos vivos. A luz deste laser UV é fortemente absorvida por lipídios, ácidos nucleicos e proteínas, tornando-o útil para aplicações em terapia médica e cirurgia.

Microeletrônica

A aplicação industrial mais difundida dos lasers de excímero de KrF tem sido na fotolitografia de ultravioleta profundo para a fabricação de dispositivos microeletrônicos (ou seja, circuitos integrados semicondutores ou "chips"). Do início da década de 1960 até meados da década de 1980, lâmpadas de arco de mercúrio-xenônio (Hg-Xe) haviam sido usadas para litografia nos comprimentos de onda de 436, 405 e 365 nm. No entanto, com a necessidade da indústria de semicondutores tanto de uma resolução mais fina (para chips mais densos e rápidos) quanto de um maior rendimento de produção (para redução de custos), as ferramentas de litografia baseadas em lâmpadas não conseguiam mais atender às exigências da indústria. Esse desafio foi superado quando, num desenvolvimento pioneiro em 1982, a litografia por laser de excímero UV profundo foi demonstrada na IBM por K. Jain.Basting, D., et al., "Historical Review of Excimer Laser Development," in Excimer Laser Technology, D. Basting and G. Marowsky, Eds., Springer, 2005. Com os avanços fenomenais feitos em equipamentos e tecnologia nas duas últimas décadas, os modernos dispositivos eletrônicos semicondutores fabricados com litografia por laser de excímero agora totalizam mais de US$ 400 bilhões em produção anual. Como resultado, a visão da indústria de semicondutores é de que a litografia por laser de excímero (com lasers de KrF e ArF) tem sido um fator crucial no poder preditivo da Lei de Moore. De uma perspectiva científica e tecnológica ainda mais ampla: desde a invenção do laser em 1960, o desenvolvimento da litografia por laser de excímero foi destacado como um dos principais marcos nos 50 anos de história do laser.American Physical Society / Lasers / History / TimelineSPIE / Advancing the Laser / 50 Years and into the FutureU.K. Engineering & Physical Sciences Research Council / Lasers in Our Lives / 50 Years of Impact

Pesquisa em Fusão

O laser de KrF tem sido usado na pesquisa de energia de fusão nuclear desde a década de 1980. Este laser oferece várias vantagens: Disparos com alta taxa de repetição — como o KrF é feito usando gás, ele não superaquece da mesma forma, permitindo maiores taxas de disparo. Maior uniformidade do feixe. Comprimento de onda relativamente mais curto, proporcionando uma melhor compressão ICF (fusão por confinamento inercial).

Segurança A luz emitida pelo KrF é invisível ao olho humano, portanto, precauções de segurança adicionais são necessárias ao trabalhar com este laser para evitar a exposição a feixes dispersos (errantes). O uso de luvas é necessário para proteger a pele das propriedades potencialmente carcinogênicas do feixe UV, e óculos de proteção UV são necessários para proteger os olhos.

Ver também Laser de fluoreto de argônio Laser Nike Laser Difluoreto de criptônio Criptônio Flúor Laser de excímero Lâmpada de excímero Fotolitografia Excímero

Referências

Ligações externas Energia de fusão a laser (em inglês) Instalação do Laser KrF Nike (em inglês) Nikon KrF (em inglês)

Categoria:Lasers Categoria:Criptônio Categoria:Flúor