1 中国科学院微电子研究所，北京 100029
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国科学院空天信息创新研究院，北京 100094
石墨烯作为一种新型半金属材料，具有良好的导电性、光学透明度和机械性能，自发现以来备受研究者关注。特别是石墨烯的零带隙狄拉克色散关系赋予其特殊的光电性质，如宽带光吸收和高载流子迁移率，使得石墨烯基光电探测器具有宽广谱检测和快速响应能力。然而，传统的石墨烯制备方法包括机械剥离法、化学气相沉积法和氧化还原法等存在产量低、设备昂贵、工艺复杂和化学污染等问题。除此之外，单层石墨烯光吸收率和载流子寿命短，严重影响了石墨烯光电探测器的响应度。为了解决上述问题，文中采用一步激光刻蚀法在三聚氰胺-聚酰亚胺复合薄膜上原位诱导生成氮掺杂的多孔石墨烯，制备了光响应增强的石墨烯宽光谱探测器。这种激光直写的制备工艺效率高、成本低、无污染，可快速制备石墨烯光电探测器。经测试，该探测器在630 nm可见光辐照下的光响应度为2.17 mA·W−1，相比未掺杂的激光诱导石墨烯光电探测器的响应度提高了一个数量级。此外，该探测器在343 nm紫外和1 550 nm红外波段都具有光响应能力，响应度分别为3.06、2.63 mA·W−1。该方法为简单、高效、低成本制备高性能石墨烯基光电器件提供了可行性方案。
激光诱导石墨烯 光电探测器 氮掺杂 宽光谱探测 laser induced graphene photodetector nitrogen doping wide spectral detection 红外与激光工程
2023, 52(11): 20230140
1 中国科学院微电子研究所, 北京 100029
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 北京科益虹源光电技术有限公司技术中心, 北京 100176
准分子激光器的放电过程是一个复杂的非线性过程,从而导致基于放电动力学建立的激光器放电能量模型的精度很难达到仿真研究和控制算法设计的需求。通过深度学习的方法,利用门控循环网络辨识准分子激光器放电能量模型。首先基于准分子激光器出光能量特性,选定所建立的门控循环网络的输入。然后根据门控循环神经网络的输入特性和输出特性建立适用于准分子激光器能量模型辨识的神经网络,并介绍了门控循环神经网络训练方法。最后利用实际采集的激光器的能量数据对门控循环神经网络进行训练。实验结果证明,本文所设计的门控循环神经网络收敛,辨识出来的能量模型的最大误差小于1.5%。该方法可以应用于准分子激光器能量模型的辨识。
激光器 门控循环单元网络 准分子激光器 模型辨识
1 中国科学院微电子研究所，北京 100094
2 北京市准分子激光工程技术中心，北京 100094
3 中国科学院大学，北京 100094
4 应用光学国家重点实验室，吉林 长春 130033
研究了激光传输过程线宽压窄模块内部热量累积对系统输出光谱的影响。通过理论分析及实验验证，分析了激光光束传输条件下，棱镜温度变化引起的材料折射率分布不均匀，以及不同惰性气体对输出激光光谱长时间稳定性的影响。结果表明，激光与线宽压窄模块内部元件相互作用，使光学元件温度升高，输出光谱展宽。惰性气体防护系统通过气体流动减小线宽压窄模块内部热量的积累，维持输出光谱的长时间稳定性。模块内部热量的累积对光谱纯度值影响较大，对半峰全宽影响不大。与N2相比，He折射率随温度变化较小，可使输出激光光谱纯度值长时间保持稳定。
激光光学 准分子激光器 窄线宽 热效应 惰性气体 激光与光电子学进展
2021, 58(9): 0914003
1 中国科学院微电子研究所，北京 100029
2 中国科学院大学，北京 100049
3 北京科益虹源光电技术有限公司技术中心，北京 100176
能量稳定性和剂量精度是半导体光刻用高重频准分子激光器的重要指标，必须采用高精度的控制算法对其进行控制。针对准分子激光器，首先对准分子激光器的单脉冲能量特性进行了分析，并在分析的基础上建立了准分子激光器的出光能量仿真模型。然后，分别设计了能量稳定性控制算法，基于PID的双闭环剂量精度控制算法和基于决策算法的剂量精度控制算法，并通过在仿真模型上实验对于算法控制效果进行了分析，证明了基于决策算法的剂量精度控制算法的适应性更强。最后，将基于决策的控制算法在一台重频为4 kHz的KrF准分子激光器上进行了验证。该激光器在基于决策的控制算法的控制下，能量稳定性的3σ小于5%，剂量精度小于0.4%，满足半导体光刻的需求。在仿真实验和实际实验中都证明了研究中设计的能量特性控制算法的有效性。
能量控制 剂量控制 准分子激光器 决策控制 energy control dose control excimer laser decision control 红外与激光工程
2020, 49(11): 20200043
1 中国科学院微电子研究所光电研发中心, 北京 100029
2 中国科学院大学, 北京 100049
光刻用准分子激光器的能量特性在集成电路的光刻过程中至关重要,直接影响光刻机曝光线条的精度。为了实现对于衡量能量特性的能量稳定性和剂量精度的精确控制,从放电电压调节的角度对激光脉冲的能量特性控制进行了研究。为了设计能量特性控制算法,首先对准分子激光器的放电特性建立了仿真模型,并验证了模型的有效性。然后,设计了基于强化学习的准分子激光器能量特性控制算法。最后在仿真模型上,分别采用Z-N(Ziegler-Nichol)参数整定的比例积分(PI)算法、粒子群优化(PSO)整定的PI算法和基于强化学习的算法对出光脉冲进行了控制,将最终的结果进行对比。实验结果证明,在基于强化学习的能量控制算法的控制下,激光器的能量稳定性小于4%,剂量精度小于0.3%,并且动态性能要优于Z-N参数整定的PI算法、PSO整定的PI算法。证明了算法的优越性,提高了光刻用准分子激光器的鲁棒性和实用性,满足了半导体光刻需求。
激光器 光刻 准分子激光器 强化学习 能量稳定性 剂量精度
1 中国科学院微电子研究所光电技术研发中心, 北京 100029
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 北京科益虹源光电技术有限公司, 北京 100176
分析了准分子激光器放电腔内放电冲击波能量来源的计算方法,利用Fluent软件对放电冲击波物理过程进行了二维仿真,揭示了300 μs内横向冲击波和纵向冲击波的演化过程,获得了此过程中气体速度、密度、压力和温度等关键参数的变化规律。对仿真结果进行分析,得出了高重复频率放电腔设计中应注意的关键位置以及处理方法,提出了选取放电腔尺寸和边界等参数时的参考依据。
激光器 准分子激光器 放电冲击波 数值仿真 放电腔设计
1 中国科学院微电子研究所, 北京 100029
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 北京科益虹源光电技术有限公司, 北京 100176
采用阴影法对高重复频率准分子激光器放电腔内的放电冲击波现象进行了实验研究,研究结果揭示了放电冲击波的产生以及演化过程。通过对观测结果进行分析,获得了放电冲击波的3种典型形式:横向冲击波、纵向冲击波(主电极冲击波)和预电离冲击波。估算了3种冲击波的波速,进而分析了可会受冲击波影响的重复频率。研究成果可以为高重复频率准分子放电腔的设计提供支持,尤其是可以在放电冲击波抑制结构的设计方面提供支持。
激光光学 准分子激光器 高重复频率 放电腔 放电冲击波 阴影法 中国激光
2019, 46(12): 1201001
宗慧雯 1,2,3,**赵江山 1,2,3,*宋兴亮 1,2,3郭馨 1,2[ ... ]周翊 1,2,3
1 中国科学院光电研究院投影光学室, 北京 100094
2 北京市准分子激光工程技术研究中心, 北京 100094
3 中国科学院大学, 北京 100049
半导体光刻技术带动着光源逐步向短波辐射方向发展,以KrF-248 nm、ArF-193 nm光源为代表的准分子激光光刻光源逐步取代了以往基于汞灯的光刻光源,成为当前半导体光刻技术发展的主流光源。目前应用于光刻光源的光学元件主要以在深紫外波段具有优异传输特性的氟化钙(CaF2)材料为主。针对光源研发过程中涉及的光学元件与激光相互作用时会发生损伤的问题,从CaF2材料自身的物化特性、激光辐射特性以及激光与材料相互作用产生损伤的机理三个方面,综合分析了CaF2材料抗紫外激光研究的发展情况,比较了不同应用背景下CaF2材料的激光损伤特性,总结归纳了提高光学元件激光损伤阈值的措施和方法。
激光光学 准分子激光 氟化钙 激光损伤 损伤阈值 激光与光电子学进展
2019, 56(19): 190002
Author Affiliations
Abstract
Academy of Opto-Electronics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100094, China
The ablation of sintered silicon carbide ceramics by an ArF excimer laser was studied. Three zones are generated: the ablation zone that presented molten morphology and was composed by the Si and C phase; the condensation zone formed by vaporized SiC; and the oxidation zone that showed the characteristics of thermal oxidation. The ablation depth and oxidation range increase linearly with fluence and pulses within 0.5–4 J/cm2, but the normalized ablation efficiency is constant (3.60 ± 0.60 μm·mm2/J). The theoretical photochemical ablation depth supplies 25% of the total depth at 1 J/cm2 but decreases to 16% at 4 J/cm2. The ablation is dominated by the photothermal effect and conforms to the thermal evaporation mechanism.
140.3390 Laser materials processing 140.2180 Excimer lasers Chinese Optics Letters
2018, 16(9): 091402
1 中国科学院光电研究院， 北京 100094
2 北京市准分子激光工程技术研究中心， 北京 100094
3 中国科学院大学， 北京 100094
线宽压窄模块是光刻用准分子激光器的重要组成部分。线宽压窄模块中棱镜组及光栅的装配角度直接影响系统输出特性。为了进一步改进准分子激光器线宽压窄模块工程化安装与调试工艺，研究了棱镜扩束器中棱镜角度偏差对系统线宽及能量的影响。通过理论推导及实验验证，分析了单个棱镜角度偏转对准分子激光系统线宽及能量的影响，确定了每个棱镜的装调误差；实验结果与理论分析结果基本符合。根据确定的装调误差优化设计线宽压窄模块的装调方法，对模块的光谱控制工程化具有一定的指导意义。
激光器 准分子激光器 窄线宽 棱镜扩束器 装调误差
