芯片上的激光驱动电子加速器

基于光子的激光加速器被证明是未来粒子加速器的有前途的候选者。基于光子技术的激光加速器有潜力将大型射频加速器的尺寸缩小一到两个数量级——这是目前仪器的一个巨大改进。

这种尺寸的缩小可能导致紧密型高能电子源成为高能物理和医学应用领域的一个可行选择。

埃尔兰根-纽伦堡的弗里德里希-亚历山大大学目前正在进行研究，旨在推进这种新型激光加速器的发展和可行性。

该研究小组正在使用硅作为衬底材料，并使用自上而下的方法来制造一系列所需的结构。

制备过程包括两个关键步骤:电子束光刻是高分辨率的图形技术，而电感耦合等离子体反应离子蚀刻(ICP-RIE)是各向异性的蚀刻技术，将图形转移到衬底上。

图案写在负色调抗蚀剂上，提供相对良好的蚀刻耐久性。研制出抗蚀剂后，用aPlasmaPro 100 RIE牛津仪器蚀刻机．这是用SF完成的₆和O₂作为蚀刻元件。

如果要保证具有高选择性的完美各向异性蚀刻，保持对两种气体比例的精确控制是很重要的。

蚀刻开始时在腔内点燃一个稳定的等离子体，一旦这个等离子体形成，自由基开始向基材加速。氟和氧自由基会与硅衬底发生化学反应，形成SiOxFy钝化层。

这个被动层在整个过程中防止横向蚀刻，但SF的优化比例₆和O₂对于维持钝化速率和蚀刻速率之间的平衡仍然是必要的。

本研究开发了一种刻蚀工艺，其刻蚀速率为32 nm/s，可用于无缺陷的各向异性刻蚀和光滑的侧壁。这个过程产生3微米高的硅结构，纵横比为20 -理想的光子粒子加速实验。

图1所示。用电子束光刻和电感耦合等离子体反应离子刻蚀技术(ICP-RIE)制备的两级硅加速器装置。图片来源:牛津仪器等离子技术公司

图1显示了两级硅双柱加速器装有布拉格反射器。该仪器由四堵实心墙组成，左边是右上方的双柱光子加速器结构。前面有一个光圈，为了对准的目的已经蚀刻过了。

这个装置能够以阿秒脉冲持续时间提供加速电子。该装置的结构，加上它产生阿秒电子束的潜力，代表了芯片上激光驱动粒子加速器发展的巨大进步。

致谢

由埃尔兰根-纽伦堡弗里德里希欧洲杯足球竞彩-亚历山大大学激光物理学教授Peyman Yousefi最初撰写的材料制作而成。

这些信息已经从牛津仪器等离子技术提供的材料中获得，审查和改编。欧洲杯足球竞彩

有关此来源的更多信息，请访问牛津仪器等离子体技术．