3 faits sur le laser à excimère : travaux de construction, applications

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Qu'est-ce qu'un LASER Excimer?

Le laser Excimer ou laser Exciplex est un type de laser qui utilise la lumière ultraviolette pour produire des dispositifs microélectroniques, des circuits intégrés à semi-conducteurs et des micro-machines. Nikolai Basov, Yu. M. Popov et VA Danilychev ont inventé le laser excimer en 1970 à l'Institut de physique Lebedev, à Moscou. Le mot excimer est l'abréviation de «Excited dimer» et le mot exciplex signifie «Excited complex». Initialement, Nikolai Basov, Yu. M. Popov et VA Danilychev ont utilisé un dimère xénon ou Xe2 qui a été excité en utilisant un faisceau d'électrons pour produire une émission stimulée ayant une longueur d'onde de 172 nm.

laser excimer
Laser excimer ou exciplex Source de l’image : IoOALP, Laser excimère 1, CC BY-SA 4.0

Comment un laser excimer est-il construit?

Un laser Excimer ou Exciplex est généralement construit en utilisant des gaz rares comme l'argon, le krypton ou le xénon avec un gaz halogène réactif comme le fluor ou le chlore. Les gaz sont ensuite soumis à une stimulation électrique et à une pression élevée entraînant la formation d'une pseudo molécule sous tension appelée excimère ou exciplex (pour les halogénures de gaz rares). Ces pseudo molécules ne peuvent exister que dans des états excités produisant un faisceau laser de lumière ultraviolette. Une molécule excimère a un état excité lié et un état fondamental répulsif qui est responsable de l'action laser de la molécule.

Les gaz nobles comme l'argon, le krypton ou le xénon ne réagissent généralement pas avec d'autres molécules mais dans un état électriquement excité ces molécules peuvent se combiner avec elles-mêmes (excimère) ou avec des molécules d'halogène (exciplex). La molécule excitée a tendance à libérer son excès d'énergie sous forme d'émission spontanée ou stimulée. Il en résulte une molécule à l'état fondamental extrêmement répulsif qui se dissocie rapidement en ses atomes non liés par inversion de population.

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Diagramme énergétique d'un excimer. Source de l'image: Excimer_energy-diagram.gif: L'éditeur d'origine était Tomgala at Wikipedia anglais. travail dérivé: Réhua, Diagramme d'énergie de l'excimère, marqué comme domaine public, plus de détails sur Wikimedia Commons

Molécule d'excimère - Table des longueurs d'onde

La longueur d'onde de la lumière émise par une molécule excimère ou exciplexe excitée dépend des éléments dont la molécule est composée.

excimerLongueur des ondes
Ar2*126 nm
Kr2*146 nm
F2*157 nm
Xe2*172 et 175 nm
ArF193 nm
KrCl222 nm
KrF248 nm
XeBr282 nm
XeCl308 nm
XEF351 nm

Quelles sont les applications du laser Excimer?

Applications médicales:

Le laser excimer génère lumière ultraviolette qui est bien absorbé par les composés organiques et la matière biologique. L'intensité de l'énergie lumineuse UV fournie par le laser excimère est suffisante pour perturber les liaisons moléculaires présentes à la surface des tissus sans brûler ni couper. Les lasers à excimères dissocient les fines couches sur les surfaces des tissus par ablation contrôlée au lieu de brûler. Cela le rend extrêmement efficace pour éliminer les fines couches de tissus sans perturber les couches profondes et les organes.

La grande taille de ces lasers constitue un inconvénient pour les applications médicales. Cependant, de nos jours, avec le développement de nouvelles technologies, la taille est considérablement réduite.

Applications scientifiques:

Les lasers à excimère sont utilisés à diverses fins expérimentales scientifiques. Ces lasers sont également utilisés pour produire davantage de lasers à colorant bleu-vert en excitant cette région du spectre. La courte longueur d'onde, la grande fluence et les propriétés de faisceau non continu de ces lasers sont utilisées pour l'ablation de plusieurs matériaux dans des systèmes de dépôt par laser à impulsions.

Laser à colorant Coherent 899
Laser à colorant créé par des lasers à excimère. Source de l'image: anonyme, Laser à colorant Coherent 899, CC BY-SA 3.0

Photolithographie:

Les lasers à excimère jouent un rôle important dans la fabrication de puces microélectroniques (c.-à-d., Circuits intégrés à semi-conducteurs) en utilisant des machines de photolithographie. Actuellement, la lumière ultraviolette profonde (DUV) des lasers excimères KrF et ArF est utilisée pour réduire la taille des transistors à 7 nanomètres. La lithographie par excimère a énormément contribué dans le domaine des dispositifs à semi-conducteurs.

Quelle est la fréquence de répétition des impulsions des lasers excimères?

Les lasers à excimère ou exciplex qui sont pompés par des faisceaux d'électrons peuvent produire des impulsions à haute énergie unique qui sont généralement séparées par de longues périodes de temps. Comparativement, les lasers excimères pompés par décharge produisent un flux constant d'impulsions. Ces lasers ont une fréquence de répétition des impulsions significativement plus élevée d'environ 100 Hz et une empreinte beaucoup plus petite.

La sortie moyenne d'un laser excimère est le produit de la fréquence de répétition ou du nombre d'impulsions par seconde avec l'énergie d'impulsion (en Joules). La puissance moyenne d'un laser excimer ou exciplex varie de 1 Watt à 100 Watt. Une puissance moyenne similaire ne signifie pas nécessairement que la sortie laser serait la même. Une fois que le taux de répétition dépasse une certaine valeur, l'énergie produite par impulsion est réduite.

Pour en savoir plus sur les optiques non linéaires sur lesquelles les lasers fonctionnent, visitez https://techiescience.com/detailed-analysis-on-nonlinear-optics/

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