Làser de fluorur de kriptón

Un làser de fluorur de kriptón (o làser KrF) és un tipo especial de làser de excimero, que a voltes és cridat làser de excímeros o làser exciplex. Posseïx una llongitut d'ona de 248 nm, i és un làser ultravioleta profunt que s'utilisa comunament en la producció de circuits integrats de semiconductorés, micromecanizado industrial, i en l'investigació científica.

El terme excimer és l'abreviatura de "dímer excitat", mentres que exciplex és l'abreviatura de "complex excitat". Un làser excimer sol utilisar una mescla de gasos nobles (argón, kriptón o xenón) i un gas halógeno (flúor o clor), que en condicions adequades d'estimulació elèctrica i de pressió elevada, emet radiació coherent estimulada (llum làser) en el ranc ultravioleta.

El làser excimer KrF (i el de ArF) són àmpliament utilisats en les màquines de litografia de circuits integrats de molt alta resolució (VLSI), una de les tecnologies crítiques requerides per a la fabricació de chips microelectrónicos. La litografia de làser excimer, ha permés que el tamany dels transistor es reduïxca des de 0,5 μm en 1990 a menys de 45 nm en 2010.

Teoria

Un làser de fluorur de kriptón absorbix l'energia d'una font, fent que el gas kriptón puga reaccionar en el flúor gaseós i es produïxca difluoruro de criptón, un complex de caràcter temporal, en un estat d'energia excitat:

2 Kr + F₂ → 2 KrF

El complex pot sometre's a l'emissió espontànea o estimulada, reduint el seu estat d'energia a un estat fonamental metaestable, pero altament repulsivo. El complex en el seu estat fonamental ràpidament es disocia en àtoms sense consolidar:

2 KrF → 2 Kr + F₂

El resultat és un làser de excímeros que irradia energia a 248 nm, que es troba en la part propenca de l'espectre ultravioleta, lo que es correspon en la diferència d'energia entre l'estat fonamental i l'estat excitat del complex.

Aplicacions

L'aplicació industrial més estesa dels làsers excimer de KrF és la fotolitografía en l'ultravioleta profunt per a la fabricació de dispositius microelectrónicos (circuits integrats de semiconductors o chips). Des de principis de 1960 fins a mediats de 1980, les llànties d'Hg-Xe havien segut utilisades per a la litografia en llongituts d'ona de 436, 405 i 365 nm. No obstant, l'indústria dels semiconductors va presentar la necessitat tant d'una resolució més fina (per a produir chips més densos i més ràpits) i d'un major rendiment de producció (per a reduir els costs); les ferramentes de litografia basades en llànties ya no eren capaces de complir en els requisits administratius i operacionals de l'indústria. Este desafiu va ser superat en 1982 quan, en un desenroll pioner, va ser demostrada en IBM per Kanti Jain la viabilitat de la litografia de làser excimer en el UV profunt. En els formidables alvanços en la tecnologia d'equips ocorreguts en les dos últimes décades, hui els dispositius electrònics de semiconductors que es fabriquen utilisant litografia de làser excimer suponen un total de 400 mil millons de dólars de producció anual.

Com a resultat, el punt de vista de l'indústria de semiconductors és que la litografia del làser excimer (en els dos làsers disponibles de KrF i ArF) ha segut un factor crucial en l'alvanç continu de la cridada llei de Moore, (que descriu la duplicació cada dos anys del número de transistors integrats en els nous chips en una major densitat- una tendència que s'espera que continue en esta década, en tamanys cada volta més menuts dels dispositius, acostant-se als 10 nm). Des d'una perspectiva científica i tecnològica encara més àmplia, des de l'invenció del làser en 1960, el desenroll de la litografia de làser excimer s'ha destacat com un de les principals fites en l'història del làser durant els últims 50 anys.

El làser KrF ha segut de gran interés per a l'investigació de l'energia de fusió nuclear en els experiments de confinament inercial. Este làser té una elevada uniformitat del fes, una llongitut d'ona curta, i la capacitat de modificar el tamany del punt per al seguiment de les chicotetes esferes de material fusible durant l'implosió.

En 1985, el Laboratori Nacional Els Àlbers va completar un dispar de prova d'un làser experimental de KrF en un nivell d'energia d'1,0·10⁴ J. La divisió de làsers de plasma del Laboratori d'Investigació Naval va desenrollar un làser de KrF cridat làser Nike que pot produir al voltant de 4,5 ·10³ J d'energia en eixida en el UV d'un pols de 4 ns. Kent A. Gerber va ser l'investigador principal d'este proyecte. Est és el làser més recent que està sent utilisat en els experiments de confinament inercial per làser.

Este làser ha segut utilisat per a produir l'emissió de rajos X blans a partir d'un plasma irradiado per polsos breus d'esta llum làser. Atres aplicacions importants són el micromecanizado d'una àmplia varietat de materials tals com plàstic, vidre, cristal, materials composts i teixits orgànics (sobre estes aplicacions vore informació més detallada en l'artícul sobre làser excimer). La llum d'este làser UV és fortament absorbida pels lípits, àcits nucleicos i proteïnes, per lo que resulta atractiu per a aplicacions en teràpia mèdica i cirugia.