Ekstrem ultrafiolett stråling ( UVE , EUV for forkortelsen på engelsk eller XUV) eller høyenergi ultrafiolett stråling er elektromagnetisk stråling i den delen av det elektromagnetiske spekteret som dekker bølgelengder fra 124 nm til 10 nm, og derfor (ved Planck-Einstein-ligningen ) som har fotoner med energier fra 10 eV opp til 124 eV (tilsvarer henholdsvis 124 nm og 10 nm). UVE genereres naturlig av solkoronaen og kunstig av plasmalyskilder .og synkrotron . Siden UVC- er strekker seg til 100nm, er det noe overlapping.
Hovedbrukene er fotoelektronspektroskopi , solavbildning og litografi .
I luft er UVE den mest absorberte komponenten i det elektromagnetiske spekteret , og krever et høyt vakuum for overføring.
Nøytrale atomer eller kondensert materiale kan ikke sende ut UVE-stråling. Ionisering må skje først. EUV-lys kan bare sendes ut av elektroner som er bundet til flerdelte positive ioner; for eksempel, for å fjerne et elektron fra et +3 ladet karbonion ( tre elektroner allerede fjernet) kreves det omtrent 65 eV. [ 1 ] Disse elektronene er tettere bundet enn typiske valenselektroner. Eksistensen av multidelte positive ioner er bare mulig i et varmt tett plasma. Alternativt kan frie elektroner og ioner genereres midlertidig og øyeblikkelig av det intense elektriske feltet til en meget høy harmonisk laserstråle. Elektronene øker hastigheten når de vender tilbake til moderionet, og frigjør fotoner med høyere energi ved lavere intensiteter, som kan være i EUV-området. Hvis de frigjorte fotonene utgjør ioniserende stråling , vil de også ionisere atomene i det harmoniske-genererende mediet, og ta ut de høyere harmoniske-genererende kildene. De frigjorte elektronene slipper ut ettersom det elektriske feltet til UVE-lyset ikke er sterkt nok til å drive elektronene til høyere harmoniske, mens de opprinnelige ionene ikke lenger ioniserer like lett som de opprinnelig nøytrale atomene. Derfor konkurrerer prosessene med UVE-generering og absorpsjon (ionisering) sterkt med hverandre.
EUV-lys kan også sendes ut av frie elektroner som kretser rundt en synkrotron .
Kontinuerlig avstembart, smalbåndet UVE-lys kan genereres ved firebølgeblanding i krypton - hydrogengassceller ved bølgelengder så lave som 110 nm. I vindusløse gasskamre har man sett firebølgeblanding så lavt som 75 nm.
Når et UVE-foton absorberes, genereres fotoelektroner og sekundære elektroner ved ionisering, omtrent som det som skjer når røntgenstråler eller elektronstråler absorberes av materie. [ 2 ]
Materieresponsen på UVE-stråling kan fanges opp i følgende ligninger: Absorpsjonspunkt: UVE Fotonenergi = 92 eV = Elektronbindingsenergi + Initial Fotoelektronkinetisk energi ; innenfor de 3 midterste frie fotoelektronbanene (1–2 nm): fotoelektron kinetisk energireduksjon = ioniseringspotensial + sekundær elektron kinetisk energi; innenfor 3 gjennomsnittlige frie baner for sekundære elektroner (~30nm): 1) sekundær elektron kinetisk energireduksjon = ioniseringspotensial + tertiær elektron kinetisk energi, 2) generasjonselektron mN bremses bortsett fra ionisering ved oppvarming (fonongenerering), 3) Endelig generering av elektron kinetisk energi ~0 eV => dissosiativ elektronkobling + varme, hvor ioniseringspotensialet typisk er 7–9 eV for organiske materialer og 4–5 eV for metaller. Fotoelektronet forårsaker deretter utslipp av sekundære elektroner gjennom prosessen med støtionisering. Noen ganger er en Auger-overgang også mulig , noe som resulterer i utslipp av to elektroner med absorpsjon av et enkelt foton.
Strengt tatt er fotoelektroner, Auger-elektroner og sekundære elektroner ledsaget av positivt ladede hull (ioner som kan nøytraliseres ved å trekke elektroner fra nærliggende molekyler) for å bevare ladningsnøytraliteten. Et elektronhullpar blir ofte referert til som en eksiton. For høyenergetiske elektroner kan elektron-hull-separasjonen være ganske stor og bindingsenergien tilsvarende lav, men ved lavere energi kan elektronet og hullet være nærmere hverandre. Selve eksitonen diffunderer en ganske stor avstand (>10 nm). [ 3 ] Som navnet tilsier, er en eksiton en eksitert tilstand; først når det forsvinner når elektronet og hullet rekombinerer, kan det dannes stabile kjemiske reaksjonsprodukter.
Siden dybden av fotonabsorpsjon overstiger dybden av elektronunnslipping, ettersom de frigjorte elektronene til slutt bremser ned, sprer de til slutt energien som varme. UVE-bølgelengder absorberer mye sterkere enn lengre bølgelengder, siden deres tilsvarende fotonenergier overskrider båndgapene til alle materialer. Følgelig er oppvarmingseffektiviteten betydelig høyere og har vært preget av lavere termiske ablasjonsterskler i dielektriske materialer. [ 4 ]
Visse UVE-bølgelengder varierer med så mye som to størrelsesordener [ 5 ] mellom solminima og -maksima, og kan dermed bidra til klimaendringer , spesielt avkjøling av atmosfæren under solminimum .
Som andre former for ioniserende stråling, er UVE og elektroner som frigjøres direkte eller indirekte fra UVE-stråling en sannsynlig kilde til skade på enheten. Skade kan skyldes oksiddesorpsjon [ 6 ] eller fanget ladning etter ionisering. [ 7 ] Skade kan også oppstå gjennom en ubestemt positiv ladning fra Malter-effekten . Hvis frie elektroner ikke kan re-nøytralisere den netto positive ladningen, er positiv ionedesorpsjon [ 8 ] den eneste måten å gjenopprette nøytraliteten. Imidlertid betyr desorpsjon i hovedsak at overflaten brytes ned under eksponering, og i tillegg forurenser de desorberte atomene all eksponert optikk . UVE-skader er allerede dokumentert [ 9 ] i den aldrende CCD-strålingen til Extreme UV Imaging Telescope (EIT). [ 10 ]
Strålingsskader er et velkjent problem som har blitt studert i prosesseringsprosessen for plasmaskader. En fersk studie ved University of Wisconsin Synchrotron indikerte at bølgelengder under 200nm er i stand til målbar overflateladning. [ 11 ] UVE-stråling viste centimeter positiv ladning utover eksponeringsgrensene, mens VUV-stråling (Vacuum Ultraviolet) viste positiv ladning innenfor eksponeringsgrensene.
Studier med femtosekund UVE-pulser ved Hamburg Free Electron Laser (FLASH) indikerte termisk fusjonsindusert skadeterskel under 100 mJ / cm 2 . [ 12 ]
En tidligere studie [ 13 ] viste at elektroner produsert av "myk" ioniserende stråling fortsatt kunne trenge inn ~100 nm under overflaten, noe som resulterer i oppvarming.