Лазерно-плазменный источник рентгеновского излучения на основе ксенона

Изучены эмиссионные свойства лазерно-плазменного источника мягкого рентгеновского излучения с двухпотокой импульсной газовой мишенью Xe:He. Обнаружены два устойчивых режима работы источника. При повышенном давлении Xe, а также при наличии He эффективно возбуждается эмиссионная полоса в диапазоне длин волн 5...9 нм. Без He и при низких давления Xe максимум интенсивности излучения приходится на узкую эмиссионную полосу c максимумом на длине волны 10,8 нм. Впервые измерены коэффициенты конверсии энергии лазерного излучения в рентгеновское, которые составили 2,1% / (нм·2π страд) в спектральной области 5...9 нм и 10,5% / (нм·2π страд) на длине волны 10,8 нм.

Источник представляет значительный интерес для развиваемого в настоящее время в ИФМ РАН инновационного метода нанолитографии – безмасочной рентгеновской литографии. В отличие от оловянного источника, применяемого в проекционной литографии на длине волны 13,5 нм, мишень на основе ксенона, при сравнимой эффективности, существенно упрощает конструкцию источника и лазерную систему, минимизирует загрязнения оптических элементов, уменьшает рабочую длину волны на 20% при работе на длине волны 10,8 нм, и в 2 раза – на длине волны 6,7 нм. Уменьшение длины волны пропорционально повышает разрешающую способность литографа.

Спектральные зависимости эмиссии импульсной газовой мишени ксенона от давления: чисто Xeмишень (слева) и Xe:He двухпотоковая мишень при давлении He 1 ат (справа).

Авторы: С. А. Гарахин, И. Г. Забродин, С. Ю. Зуев, А. Н. Нечай, Н. Н. Салащенко, М. Н. Торопов, Н. Н. Цыбин, Н. И. Чхало (ИФМ РАН – филиал ИПФ РАН).

  1. N. Chkhalo, S. Garakhin, A. Lopatin, A. Nechay, A. Pestov, V. Polkovnikov, N. Tsybin, and S. Zuev. Conversion efficiency of a laser-plasma source based on a Xe jet in the vicinity of a wavelength of 11 nm // AIP Advances 8, 105003 (2018).
  2. N. I. Chkhalo, S. A. Garakhin, S. V. Golubev, A. Ya. Lopatin, A. N. Nechay, A. E. Pestov, N. N. Salashchenko, M. N. Toropov, N. N. Tsybin, A. V. Vodopyanov, and S. Yulin. A double-stream Xe:He jet plasma emission in the vicinity of 6.7 nm // Appl. Phys. Lett. 112, 221101 (2018).