EO

Over de oorsprong van EUV licht in tin-plasma

13 mei 2020 om 13:17 uur

Op aarde komt extreem ultraviolet licht (EUV licht) niet van nature voor, maar het kan er wel geproduceerd worden. In de nieuwste machines voor nanolithografie gebeurt dat met een ontzettend heet plasma van tin. Onderzoekers van ARCNL hebben in nauwe samenwerking met het Amerikaanse Los Alamos National Laboratory op atomair niveau ontrafeld hoe zo’n plasma EUV licht uitzendt en deden daarbij onverwachte ontdekkingen.


Niet één, maar bijna álle aangeslagen energietoestanden van het tin blijken de juiste energie te hebben om EUV licht te kunnen uitzenden.

 

De onderzoekers publiceren hun bevindingen in Nature Communications.

 

EUV licht met een golflengte van rond de 13,5 nanometer kan efficiënt worden gereflecteerd met geavanceerde multilaagsspiegels. De lichtbron in zulke machines is een tin-plasma: een druppel tin die met een laser zo heet gemaakt wordt dat een plasma ontstaat dat EUV-straling uitzendt. Hoe dat precies gebeurt, was één van de vragen die ARCNL-onderzoeker Oscar Versolato hoopte te beantwoorden met de ERC grant die hij in 2018 ontving. Samen met de Amerikaanse wetenschapper James Colgan is het zijn team gelukt om een veel completer en nauwkeuriger antwoord op die vraag te geven dan tot nu toe mogelijk was.

 

Energiepakketjes

"Als we tin verhitten tot 400.000 graden vallen de atomen uiteen in losse elektronen en positief geladen tin-ionen met verschillende ladingen. Veel van die ionen zijn bovendien in een ‘aangeslagen' toestand: één of meerdere van de elektronen die er nog omheen cirkelen hebben een extra portie energie. Ze cirkelen in een baan die verder van de atoomkern is verwijderd dan de dichtstbijzijnde. Als ze terugvallen naar een baan dichterbij de kern, komt die extra energie vrij in de vorm van EUV straling", legt Versolato uit. "In een tin-ion kunnen één of meer elektronen tegelijk zo'n extra energiepakketje hebben. Ze cirkelen in de eerste, tweede, derde of zelfs vierde schil rond de atoomkern. Wel is de waarschijnlijkheid dat een elektron in zo'n hogere aangeslagen toestand zit met elke stap omhoog steeds kleiner. Daarom werd algemeen aangenomen dat het EUV licht in tin-plasma vooral werd uitgezonden door elektronen in de eerste aangeslagen toestand."

 

Experiment versus supercomputer

Omdat experimentele metingen aan het EUV-spectrum niet helemaal met die aanname overeenkwamen, vermoedden de onderzoekers dat ook de hogere energietoestanden een bijdrage leveren, maar hoe precies was onduidelijk. "De enige manier om daar zekerheid over te krijgen, was door alle mogelijke energietransities in het tin-plasma door te rekenen, maar dat is een vrijwel onmogelijke klus. Het aantal mogelijke overgangen tussen energieniveaus voor elektronen in tin-plasma is meer dan tien miljard."

 

Alleen een supercomputer heeft voldoende rekencapaciteit voor zulke berekeningen. Daarom zochten de fysici van ARCNL samenwerking met het Los Alamos National Laboratory, dat de beschikking heeft over supercomputers en experts op het gebied van atoomfysica. "We hebben daardoor voor het eerst ontzettend compleet en nauwkeurig in kaart kunnen brengen hoe het tin-plasma EUV licht uitzendt. En dat leverde verrassende inzichten op."

 

Unieke EUV-bron

Door hun experimenten in het lab te vergelijken met de berekeningen van Los Alamos ontdekten de onderzoekers dat niet alleen elektronen die terugvallen uit de eerste aangeslagen energietoestand licht uitzenden van 13,5 nanometer. Ook elektronen in hogere schillen dragen bij, want het energieverschil tussen opeenvolgende aangeslagen toestanden is hetzelfde. "Dat betekent dat élk elektron dat naar een lagere energietoestand terugvalt, bijdraagt aan het uitzenden van 13,5 nanometer licht. Die eigenschap maakt tin-plasma uniek en zo ontzettend geschikt als EUV-bron. Deze verrassende nieuwe kennis kan er in de toekomst mogelijk aan bijdragen dat we de EUV bronnen verder kunnen optimaliseren."

 

Gerelateerd nieuws

Overheid wil basisindustrie verduurzamen

Wiebes wil voorop lopen bij verduurzaming basisindustrie

Nederland heeft de ambitie om de (Europese) vestigingsplaats te zijn voor duurzame (basis)industrie. Daartoe wil de regering sneller starten met een ambitieuzer klimaatbeleid dan de rest van de EU. ‘Door eerder dan…

Metaal eten voor energie

Robots kunnen nu metaal 'eten' voor energie

Onderzoekers van de School of Engineering and Applied Science van de University of Pennsylvania hebben een ‘metal-air scavenger’ (metaal-lucht-eter, MAS) ontwikkeld die robots aandrijft door metaal te eten. Het…

Slimme bladtip heft vortex op

Slimme bladtip heft vortex op

De startup nigeQ wil een innovatieve bladtip gaan testen die de wervelingen aan het einde van turbinebladen opheft. Dit levert naar verwachting een extra energieopbrengst van zo’n 10% op. Bovendien beperkt deze…

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Product van de maand

RSS
Nieuw! Lichtschermen PSENopt II – Nu met verbeterde spiegelzuilen

Pilz maakt het portfolio met lichtschermen compleet: De lichtschermen PSENopt II zijn niet alleen verkrijgbaar voor...

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

B&R Industriële Automatisering BV *
B&R Industriële Automatisering BV *

Perfection in Automation

Elobau Benelux BV *
Elobau Benelux BV *

creating sustainable solutions

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Ringspann Benelux BV
Ringspann Benelux BV

Partner in aandrijf- en opspantechniek

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

16 juni 2020, Veldhoven

Business Software Event 2020

‘Boost your business with connected software & smart data’. Dat is het thema van het Business...

17 juni 2020, Vianen

Industrial Ethernet Event

Hoe kun je het maximale uit Industrial Ethernet halen?

11 augustus 2020, Vianen

Masterclass Machineveiligheid XL

11, 12 , 18, 19 augustus 2020

Meer agendapunten »