¿Qué es el láser excimer? | Su funcionamiento | 3 usos importantes

LÁSER EXCIMER

¿Qué es un LÁSER excímero?

El láser excímero o láser Exciplex es un tipo de láser que utiliza luz ultravioleta para producir dispositivos microelectrónicos, circuitos integrados semiconductores y micro-máquinas. Nikolai Basov, Yu. M. Popov y VA Danilychev inventaron el láser excimer en 1970 en el Instituto de Física Lebedev de Moscú. La palabra excímero es la abreviatura de "dímero excitado" y la palabra exciplex es la abreviatura de "complejo excitado". Inicialmente, Nikolai Basov, Yu. M. Popov y VA Danilychev utilizaron un dímero de xenón o Xe2 que se excitó usando un haz de electrones para producir una emisión estimulada con una longitud de onda de 172 nm.

láser excimer
Fuente de imagen láser excímero o exciplex: IoOALPLáser excimer 1CC BY-SA 4.0

¿Cómo se construye un láser excimer?

Un láser Excimer o Exciplex generalmente se construye utilizando gases nobles como argón, criptón o xenón junto con gas halógeno reactivo como flúor o cloro. Luego, los gases se someten a estimulación eléctrica y alta presión, lo que da como resultado la formación de una pseudo molécula energizada conocida como excímero o exciplex (para haluros de gases nobles). Estas pseudo moléculas solo pueden existir en estados energizados que producen un rayo láser de luz ultravioleta. Una molécula de excímero tiene un estado excitado unido y un estado fundamental repulsivo que es responsable de la acción del láser de la molécula.

Los gases nobles como el argón, el criptón o el xenón generalmente no reaccionan con otras moléculas, pero en un estado excitado eléctricamente, estas moléculas pueden combinarse entre sí (excímero) o con moléculas de halógeno (exciplex). La molécula excitada tiende a liberar su exceso de energía en forma de emisión espontánea o estimulada. Esto da como resultado una molécula en estado fundamental extremadamente repulsiva que se disocia rápidamente en sus átomos no unidos por inversión de población.

Diagrama de energía de un excimer. Fuente de imagen: Excimer_energy-diagram.gif: El cargador original fue Tomgally at Wikipedia en inglés. obra derivada: RehuaDiagrama de energía del excímero, marcado como dominio público, más detalles sobre Wikimedia Commons

Molécula de excímero - Tabla de longitud de onda

La longitud de onda de la luz emitida por un excímero excitado o una molécula exciplex depende de los elementos que la componen.

ExcímeroLongitud de onda
Ar2*126 millas náuticas
Kr2*146 millas náuticas
F2*157 millas náuticas
Xe2*172 y 175 nm
ArF193 millas náuticas
KrCl222 millas náuticas
KrF248 millas náuticas
XeBr282 millas náuticas
XeCl308 millas náuticas
XeF351 millas náuticas

¿Cuáles son las aplicaciones del Excimer Laser?

Aplicaciones médicas:

El láser excimer genera luz ultravioleta que es bien absorbida por compuestos orgánicos y materia biológica. La intensidad de la energía de la luz ultravioleta proporcionada por el láser excimer es suficiente para alterar los enlaces moleculares presentes en la superficie del tejido sin quemar o cortar. Los láseres excímeros disocian capas finas sobre las superficies de los tejidos mediante ablación controlada en lugar de quemar. Esto lo hace extremadamente eficaz para eliminar capas finas de tejido sin alterar las capas profundas y los órganos.

El gran tamaño de estos láseres actúa como una desventaja para las aplicaciones médicas. Sin embargo, hoy en día con el desarrollo de nuevas tecnologías el tamaño se reduce considerablemente.

Aplicaciones científicas:

Los láseres excímeros se utilizan para una variedad de propósitos científicos experimentales. Estos láseres también se utilizan para producir láseres de colorante azul verdoso al excitar esa región del espectro. Las propiedades de longitud de onda corta, gran fluencia y haz no continuo de estos láseres se utilizan para la ablación de varios materiales en sistemas de deposición por láser de pulso.

Láser de tinte creado por láseres excimer. Fuente de la imagen: anónima, Láser de colorante Coherent 899CC BY-SA 3.0

Fotolitografía:

Los láseres excímeros desempeñan un papel importante en la fabricación de chips microelectrónicos (es decir, circuitos integrados semiconductores) mediante el uso de máquinas de fotolitografía. Actualmente, la luz ultravioleta profunda (DUV) de los láseres excímeros KrF y ArF se utiliza para reducir el tamaño de los transistores a 7 nanómetros. La litografía en excímeros ha contribuido enormemente en el campo de los dispositivos semiconductores.

¿Cuál es la tasa de repetición de pulsos de los láseres excimer?

Los láseres excímeros o exciplex que son bombeados por haces de electrones pueden generar pulsos de energía única elevados que suelen estar divididos por períodos prolongados. Comparativamente, los láseres excimer bombeados por descarga producen un flujo constante de pulsos. Estos láseres tienen una tasa de repetición de pulsos significativamente más alta de aproximadamente 100 Hz y una huella mucho más pequeña.

La salida promedio de un láser excimer es el producto de la tasa de repetición o el número de pulsos por segundo con energía de pulso (en julios). La potencia media de un láser excímero o exciplex oscila entre 1 vatio y 100 vatios. Una potencia promedio similar no significa necesariamente que la salida del láser sea la misma. Una vez que la tasa de repetición excede un cierto valor, la energía producida por pulso se reduce.

Para saber más sobre la óptica no lineal con la que funcionan los láseres, visite https://lambdageeks.com/detailed-analysis-on-nonlinear-optics/

Sobre Sanchari Chakraborty

Soy un estudiante entusiasta, actualmente invertido en el campo de la Óptica Aplicada y la Fotónica. También soy miembro activo de SPIE (Sociedad internacional de óptica y fotónica) y OSI (Sociedad óptica de India). Mis artículos tienen como objetivo sacar a la luz temas de investigación científica de calidad de una manera simple pero informativa. La ciencia ha ido evolucionando desde tiempos inmemoriales. Por lo tanto, intento aprovechar la evolución y presentarla a los lectores.

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