[科普中國]-極紫外輻射

極紫外輻射（EUV）或高能紫外輻射是波長在124nm到10nm之間的電磁輻射，對應(yīng)光子能量為10eV到124eV。自然界中，日冕會產(chǎn)生EUV。人工EUV可由等離子源和同步輻射源得到。主要用途包括光電子譜，對日EUV成像望遠(yuǎn)鏡，光微影技術(shù)。 EUV是最易被空氣吸收的譜段，因此其傳輸環(huán)境需高度真空。

簡介極紫外輻射（EUV）或高能紫外輻射是波長在124nm到10nm之間的電磁輻射，對應(yīng)光子能量為10eV到124eV。自然界中，日冕會產(chǎn)生EUV。人工EUV可由等離子源和同步輻射源得到。主要用途包括光電子譜，對日EUV成像望遠(yuǎn)鏡，光微影技術(shù)。 EUV是最易被空氣吸收的譜段，因此其傳輸環(huán)境需高度真空。1

EUV的產(chǎn)生中性原子或固體無法發(fā)射EUV。產(chǎn)生EUV，首先要發(fā)生電離。只有被帶多個正電荷的離子束縛的電子才能夠發(fā)射EUV。例如，把+3碳離子繼續(xù)剝除一個電子的過程需要65eV，其中的電子比普通價電子更受束縛。而帶多電荷的正離子存在于熱等離子體，或者，利用高次諧波強(qiáng)激光場可以臨時產(chǎn)生自由電子和離子。強(qiáng)場中，電子在驅(qū)返回母核的時候被加速，結(jié)合將發(fā)射能量更高的光子，這個光子可能在EUV范圍內(nèi)。如果釋放的光子能量足夠大，它將接著電離用來產(chǎn)生高次諧波的媒質(zhì)，使得產(chǎn)生高次諧波的媒質(zhì)源被耗盡。另一方面，EUV的電場強(qiáng)度不夠高，無法驅(qū)動電子，電子將逃逸。電子無法返回母核意味著無法產(chǎn)生更高次的諧波。而要進(jìn)一步剝離電離后母核中的電子需要更大能量的光子。因此，產(chǎn)生EUV的過程與吸收電離的過程彼此競爭。 另外，在同步加速器中，沿軌道高速運(yùn)動的電子也會輻射EUV。1

物質(zhì)中EUV的吸收當(dāng)EUV光子被吸收的時候，電離過程中產(chǎn)生光電子和二次電子，這與物質(zhì)吸收X射線或電子束的過程類似。

物質(zhì)對EUV的響應(yīng)可以通過下面方程進(jìn)行描述：

吸收：EUV光子能量=92eV=電子束縛能+光電子初始動能

在光電子的3倍平均自由程以內(nèi)（1-2nm）：光電子動能的減少=電離勢+二次電子動能

在二次電子的3倍自由程以內(nèi)（～30nm）：

二次電子動能的減少=電離勢+三次電子動能

N次電子將因電離與熱運(yùn)動減緩（聲子產(chǎn)生）

最終產(chǎn)生的高次電子動能～0eV => 將電子剝離能量+熱

有機(jī)物的電離勢一般為7-9eV，金屬的電離勢為4-5eV。光電子接下來通過碰撞電離導(dǎo)致二次電子發(fā)射。有時，俄歇躍遷也會發(fā)生，吸收一個單個光子將發(fā)射兩個電子。

嚴(yán)格地說，光電子，俄歇電子和二次電子都產(chǎn)生都伴隨著正離子的產(chǎn)生，這些正離子被稱為正電空穴（離子可以通過從附近的原子/分子中拉入其他電子而形成電中性）。自由電子與伴隨的空穴整體是電中性的，電子-空穴對被稱作激子。對于高能電子，電子-空穴間距較大，束縛能相應(yīng)就較低。對于低能電子，電子-空穴間距小，激子本身會擴(kuò)散到較遠(yuǎn)距離（>10nm）。激子本身是一個激發(fā)態(tài)，當(dāng)電子與空穴結(jié)合后，激子就會消失，這時才會形成穩(wěn)定的化學(xué)產(chǎn)物。

因?yàn)楣庾游丈疃瘸^電子逃逸深度，發(fā)射的電子速度最終減緩，能量以熱的形式耗散。EUV波長的的輻射較長波長輻射更易被吸收，因?yàn)樗鶎?yīng)的光子能量超過所有物質(zhì)的能隙。因此它們的熱效率顯著較高，它的介電物質(zhì)的熱燒蝕閾值也因此變低。1

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

甘志星 - 副教授 - 南京師范大學(xué)