氟化氪激光器（KrF激光器，）是发射准分子激光的一种激光器，有时更准确地称为激基络合物激光器。其波长为248纳米，属于深紫外激光，广泛用于制造半导体集成电路、工业微加工及科学研究。术语准分子（excimer）是“激发态二聚体”（excited dimer）的缩写，而激基络合物（exciplex）则是“激发态复合物”（excited complex）的缩写。准分子激光器通常包含稀有气体（如氩、氪或氙）与卤素气体（如氟或氯）的混合气体。在适当强度的电磁刺激和压力条件下，该混合物会发射出处于紫外范围的相干受激辐射，即激光。
KrF和ArF准分子激光器被广泛集成至高分辨率光刻机中，这是制造纳米级微电子芯片的关键设备之一。准分子激光光刻技术使晶体管的特征尺寸从1990年的800纳米缩小至2016年的10纳米。
理论
氟化氪激光器吸收来自源头的能量，使氪气与氟气发生反应，生成激基络合物氟化氪。这是一种处于激发能态的临时复合物：
: 2 Kr + → 2 KrF
该复合物可发生自发辐射或受激辐射，将其能态降至亚稳态但高度排斥的基态。基态复合物会迅速解离成未结合的原子：
: 2 KrF → 2 Kr +
其结果是产生一台激基络合物激光器，该激光器在248 nm处辐射能量，其波长靠近光谱的紫外区域，对应于复合物基态与激发态之间的能量差。
实例系统
目前已有数台此类激光器用于惯性约束聚变（ICF）实验，实例包括：
- 洛斯阿拉莫斯国家实验室于1985年制造了一台KrF激光器，用于验证能量水平达到的光束试射。这是更庞大的极光（Aurora）激光研究计划的一部分，该计划重点研究二氧化碳激光器等系统。
- 。美國海軍研究實驗室激光等离子体分部完成了一台名为Nike的KrF激光器，能够在4纳秒脉冲内输出约的紫外能量。Nike激光器在2013年后被切换为氟化氩激光器，以展示向更短波长（193 nm）过渡的影响。
- 美国海军研究实验室制造了Electra激光器与Nike激光器，以验证KrF和ArF激光器用于ICF方案的可行性。2013年，Electra在10小时的运行中实现了9万次发射纪录。
- 卢瑟福-阿普尔顿实验室制造了Sprite和Titania KrF激光器。
- 日本电子技术综合研究所制造了Ashura和Super Ashura KrF激光器。
- 中国原子能科学研究院在20世纪90年代中期之前已拥有一台KrF激光器。
- 利弗莫尔国家实验室开发了一台KrF激光器及放大器，被称为强化准分子辐射泵浦拉曼放大器（RAPIER）系统。
应用
该激光器还可通过其短脉冲光照射，使等离子体产生软X射线发射。其他重要应用包括加工塑料、玻璃、晶体、复合材料以及活体组织等各类材料。这种紫外激光极易被脂類、核酸和蛋白质吸收，因而十分适用于医疗与手术。
微电子学
KrF准分子激光器最广泛的工业应用是深紫外光刻，用于制造微电子器件（即半导体集成电路或“芯片”）。从20世纪60年代初至80年代中期，汞氙灯一直用于波长为436 nm、405 nm和365 nm的光刻。然而，随着半导体行业对更高分辨率（以制造密度更高、速度更快的芯片）与更高产量（以降低成本）的需求不断增长，基于灯源的光刻设备已无法满足行业要求。1982年，IBM的K. Jain率先演示了深紫外准分子激光光刻技术，成功克服了这一挑战。随着设备与技术在过去二十年间取得的巨大进步，目前采用准分子激光光刻技术制造的现代半导体电子器件年产值已超过4000亿美元。因此，半导体业界认为
聚变研究
自20世纪80年代起，KrF激光器就已应用于核聚变能研究。该激光器具备以下优势：
- 高重复频率发射——由于KrF由气体产生，激光器不会积聚热量，从而允许更高的发射频率。
- 更高的光束均匀性。
- 波长相对较短，有助于改善ICF压缩效果。
安全性
KrF发射的光线对人眼不可见，因此在操作此激光器时必须采取额外的安全预防措施，以避免接触杂散光束。操作时需佩戴手套，以保护皮肤免受紫外光束潜在致癌特性的影响，同时需佩戴防紫外线护目镜以保护眼睛。
参见
- 氟化氩激光器
- 激光
- 二氟化氪
- 氪
- 氟
- 准分子激光
- 光刻
- 准分子
参考
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