中国科学院的研究人员开发的新型激光器采用晶体和光学技术，为基于气体的准分子激光器提供了一种替代方案。
据报道，中国科学院（CAS）的科学家在固态深紫外（DUV）激光器方面取得了重大“突破”。国际光学与光子学学会（SPIE）在一份期刊上发表的一篇论文显示，来自中国的研究人员已经创造了一种用于半导体光刻的相干193nm（纳米）光束。
如果扩大规模，这项新技术可以用来制造光刻工具，利用先进的工艺机制制造芯片。目前，许多电子产品（如手机、电脑等）中使用的先进半导体芯片严重依赖光刻技术来工作。这个过程包括使用特殊的紫外线（UV）激光器在硅晶圆上蚀刻图案。
DUV光刻的工业标准使用由气体基准分子激光器产生的193nm波长的紫外光。现在，中科院的研究人员声称，他们已经成功地展示了一种实验性的固体激光系统，该系统可以在不使用气体的情况下发射这种关键波长。
气体激光器的替代品
更小的波长可以产生更精细、更精确的图案。193nm的分辨率至关重要，因为它是制造高性能半导体芯片的理想选择。这也是为什么ASML、佳能和尼康等公司的半导体光刻机依赖于这种波长的原因。
光刻机通常使用氩（Ar）、氟(F)和氖（Ne）气体的混合物在密封的激光腔内工作。当这些气体起作用时，高压脉冲会激发这些气体，短暂地产生一种寿命很短的氟化氩（ArF）分子（一种“准分子”）。被激发的ArF分子迅速回到稳定状态，发射出波长恰好为193nm的紫外光子。
激光发出的脉冲非常强大，通常频率在8-9千赫，约为100-120瓦。虽然这些气体激光器可靠且广泛使用，但它们复杂且昂贵，需要小心处理氟等有毒气体。
另一方面，新的中国科学院激光器是一种全固态激光器，不需要气体，只使用晶体和光学器件。该团队通过使用Yb:YAG晶体放大器产生波长为1030 nm的红外激光来实现这一目标。
然后使用非线性光学将光束分成两部分，通过四次谐波产生（FHG）产生258 nm的光束。1030nm光束的另一部分通过光参量放大器（OPA）产生不同的波长（1553nm）。使用特殊的非线性晶体（级联三硼酸锂或LBO晶体）将两个波长组合在一起，产生193nm波长的相干光束。
大规模应用之路漫漫
固态意味着更少的有毒化学品，没有氟气体，更安全的操作，更低的操作复杂性，可能更低的维护要求。一般来说，固态激光器往往更紧凑、更可靠。
然而，也有一定的缺点，中国科学院激光器的功率只有70毫瓦，而商用准分子激光器的功率为100-120瓦。这要弱几百倍，使其在目前的状态下不适合大规模半导体生产。
这种新型激光器仍处于早期实验阶段。将其放大或增加功率输出以匹配当前的商用激光器是一项重大的工程挑战，可能需要数年或多代的技术改进。因此，目前重大的技术障碍仍然存在，主要围绕实现更高的功率输出和保持工业规模的长期可靠性。
这项研究的结果已经发表在SPIE附属杂志Advanced Photonics Nexus上。
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