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，但是它在某些關鍵應用中，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都是化學家，他們當時的主要目標是開發(fā)光化學和染料激光抽運源。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用。
眾觀歷史，可以說，沒有哪個激光技術像準分子激光器技術一樣對我們的日常生活產生更深遠的影響了。
激光原位角膜磨鑲術（LASIK）、光刻和顯示器生產3個關鍵應用說明了準分子激光器的獨特性能，并使該技術沿用至今。
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用的關鍵。短波長可以確保生產出高精度分辨率的產品，這是基于在衍射效應作用下光學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合，可以實現(xiàn)高生產量和降低生產單個產品所需時間的目標。
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，以使其適應特定應用的需求，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公司生產的EMG 500（它的最大運轉頻率是20 Hz），現(xiàn)在許多準分子激光器均支持多千赫的重復率（見圖1）。同時，激光生產商也大大改善了準分子激光器的服務特性和總成本，以保持與其他激光技術和傳統(tǒng)技術的競爭力。
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處產生220 mJ的脈沖能量，重復頻率高達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，這極大地改善了人們的生活質量（見圖2）。
圖2 LASIK手術每年可以改善一百多萬人的生活質量。
1989年推出的LASIK是準分子激光器的第一個主要非科學領域的應用。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手術的可預測性和安全性至關重要。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）也是至關重要的。而且，實用的更迷你、更強大、更經濟的微處理器反過來又對現(xiàn)代社會產生了深遠的影響。
IC本身由在單個半導體晶片上構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建的。第一步就是用光敏光刻膠涂覆半導體晶片。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，并對晶片進行化學蝕刻，從曝光區(qū)域物理去除材料以產生實際的功能。這個過程要重復30或40次，并最終形成了整個電路結構。
最初光刻的光源采用的是泵燈，但是產品小型化的需求驅使生產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，最大限度地減少光學成像中的色差問題。為了獲得更精細的圖像，很多其他的技術，例如浸沒成像、雙倍或四倍曝光以及一系列成熟的光學成像方法都在使用。
在過去的25年中，為了適應芯片行業(yè)不斷的需求，ASML公司Cymer和日本的Gigaphoton等公司在光刻技術方面取得了實質性的進步。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用的標準。
窄化有源光譜、精確劑量和線寬控制等技術被廣泛使用。而其他技術，如13 nm的極紫外光刻技術將填補準分子激光在大部分10 nm臨界層的應用。準分子激光在光刻應用領域仍然很有前景。
顯示產品
用于智能手機和其他設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成的背板。在這種基板上，大量的薄膜晶體管（TFT）被設計成實際的像素電路。薄膜由硅制成（通常為50 nm厚），并使用光刻技術產生所需的電路結構。
化學汽相沉積法（CVD）用于創(chuàng)建非晶硅層。將這種無定形層轉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技術轉移對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鍵技術。例如，準分子激光剝離工藝是新一代柔性顯示器的關鍵，準分子激光器生產的光纖布拉格光柵（FBG）對電信、傳感和許多光纖激光器的設計而言極其重要。
轉載請注明出處。
相關文章
熱門資訊
精彩導讀
關注我們
