Эксимерные молекулы представляют широкий класс молекул, существующих только в возбужденных состояниях. Впервые генерация на эксимерных переходах получена при электронном возбуждении жидкого ксенона (^=175 нм) в 1970 г. [1], хотя идея получения генерации в конденсированных инертных газов впервые была высказана еще в 1966 г. [2,3]. Первые сообщения о эксимерных лазерах на галогенидах инертных газов появились в 1975 г. [4,5]. Лучшими генерационными характеристиками среди них обладают лазеры на эксимерных молекулах АгР (Я=193 нм), КгС1 (222 нм), КгР (248 нм), ХеС1 (308 нм) и ХеР (351, 353, 480 нм). Отличительной особенностью этих лазеров является то, что они работают на лазерных переходах между двумя электронными состояниями, верхний из которых имеет потенциальный минимум, а нижний является разлетным (АгР, КгС1, КгР), либо слабо связанным (ХеС1, ХеР), поэтому инверсия населенности в таких системах может достигать 100%. Этим же обусловлено наличие в них относительно широкой полосы усиления (0,1-Ю, 5 нм), что вместе с малым радиационным
8 9 временем жизни возбужденных состояний (10 -г 10 с) вызывает необходимость использования накачки с высоким уровнем мощности.
Актуальность работы. Благодаря уникальным генерационным характеристикам (УФ диапазону излучения, высокой импульсной и средней мощности), а также использованию относительно простого и надежного способа накачки самостоятельным разрядом, эксимерные лазеры на галогенидах инертных газов нашли широкое применение во многих современных технологиях и научных исследованиях. Наиболее эффективно импульсно-периодические эксимерные лазеры (ИПЭЛ) применяются в микроэлектронной промышленности, в частности более коротковолновые КгР-и АгР-лазеры, имеющие частоту следования импульсов несколько килогерц и энергию генерации до 100 мДж — в УФ литографии [6,7], ХеС1-лазеры с энергией более 1 Дж и частотой следования несколько сотен герц — в технологии производства тонкопленочных транзисторов, применяемых в жидкокристаллических экранах [8−12]. Следует также отметить широкое внедрение ИПЭЛ в процессы микрообработки материалов, модификации поверхности, очистки материалов [13−19], экологического мониторинга [20,21], медицине [22]. Мировые продажи ИПЭЛ в 2000 г. составили 367 млн. долларов США [23], причём большая часть этой суммы (267 млн.) была израсходована на производство эксимерных лазеров, использующихся в микроэлектронных технологиях.
В последнее время в связи с поступательным развитием микроэлектронной промышленности возникла необходимость в создании более коротковолновых, чем эксимерные лазеры, источников излучения, предназначенных для литографических установок следующего поколения. В настоящее время одним из наиболее перспективных подходов для создания такого источника представляется излучение высокотемпературной ксеноновой плазмы, создаваемой в разряде типа 2-пинч и излучающей вблизи коротковолновой границы ВУФ диапазона, в диапазоне так называемого экстремального УФ (5-г20 нм) [24].
Эффективность использования как эксимерных лазеров, так и источников ВУФ диапазона в различных технологиях зависит, прежде всего, от их средней мощности излучения, частоты следования импульсов, пространственных параметров и надежности работы. г
Одной из основных задач, возникающих при создании и исследовании ИПЭЛ, является выявление причин, ограничивающих достижение высокой средней мощности и высокой частоты следования импульсов. В этой связи необходимо найти экспериментальные условия получения эффективной генерации для различных типов электроразрядных эксимерных лазеров в импульсном режиме и сохранить ее в импульсно-периодическом режиме (ИПР). Эти условия могут отличаться не только для лазеров на различных эксимерных молекулах, но и для лазеров на одной и той же эксимерной молекуле, но имеющих различную комбинацию выходных параметров, в частности обладающих либо максимальной эффективностью и энергией генерации, либо максимальной частотой следования импульсов. Разряд в газовых лазерах в ИПР осуществляется в среде, имеющей возмущения, вызванных предыдущими разрядными импульсами. Из возможных причин, уменьшающих энергию генерации в ИПР и ограничивающих максимальную частоту следования импульсов, следует отметить, прежде всего, газодинамические процессы, включающие акустические колебания [25,26] и неэффективный вынос области’нагретого газа [27,28], а также приэлектродные явления [29]. В данной работе эти факторы рассмотрены применительно к ИПЭЛ.
В диссертационной работе представлены результаты исследований электроразрядных лазеров на эксимерных молекулах ХеС1, ЮР1, АгБ и ХеБ с различной комбинацией энергии генерации Ег и частоты следования импульсов /:ЕГ
