關於 北京清華提出的SSMB-EUV的高中物理解釋

前段時間吵很大，但我覺得可以用高中物理及化學知識範圍並搭配對岸科普人員製作的影片來說明steady-state microbunching (SSMB)的狀況，如果有任何錯誤請協助指正，感謝!!!

15分钟讲清楚清华EUV光源的前世今生【芯片系列6】

瑞利判距

這是早年國編本的高中物理課程內容，但名詞是影像鑑別率(Resolving Power,紅色公式)：儀器鑑別（分辨）相鄰兩物體（光源）的能力。

這段內容在88課綱後拿掉了，目前跟現行高中有關區域，可以參考選修物理4-CH4-物理光學干涉與繞射。

恰可鑑別：S1中央亮紋中線與S2第一暗紋中線重疊(左圖)

鑑別率對應瑞立判距，因此當半導體工程線寬越小時(上圖中的Delta y)，要維持足夠的解析度，只能一起縮短光波長，如此一來光源穿過光罩才能對光阻劑作相對正確的曝光，才能有顯影及蝕刻等程序。

同步輻射

同步輻射加速器產生光子的解釋，老實說其實不需要用【量子場論】來解釋，在古典電磁學理論(四大公式) 就已經證明加速度運動的帶電粒子會產生各種頻率的電磁波或光子。只是隨著帶電粒子加速到接近光速時，古典電磁學理論會有些許問題，用【量子場論】解釋就會相對準確(或可稱為更接近真實狀態)。

同步輻射加速器原型來自於迴旋加速器Cyclotron-利用電位差加速帶電粒子、利用磁場強迫帶電粒子進行圓周運動，進而縮小粒子加速器的佔地面積。(高三選修物理4  電磁學相關)

From wiki

科學家也因此在這機器發現迴旋輻射(Cyclotron radiation)，也就是電磁波。只是迴旋加速器的問題在於機器的最大半徑拘限了加速性能(半徑越大，粒子最大速率就越高)，就被改成 同步加速器-在環形裝置內可無限次加速。

From：http://pd.chem.ucl.ac.uk/

圖片中的紅色矩形就是二級電磁鐵(產生單向強磁場)負責掰彎接近光速的帶電粒子，因此每個轉彎處的切線方向有個分支-負責收集沿切線方向飛出的光子(或稱電磁波)。

至於帶電粒子射線被磁場掰彎的實際狀況，可以參照我拍攝的照片

磁鐵聚焦結構

至於影片中的【磁鐵聚焦結構】講成用來聚焦光源，確實過於省略。比較正確的說法是 四極磁鐵產生的相互垂直磁場能讓電子射束的截面積縮得更小，這樣產生出的光子也會更集中。

https://s3.cern.ch/inspire-prod-files-c/cb9251527b8b07ba016e217f86aeeed7 ,Fig1

波盪器 undulator
我們這邊翻譯應該是【聚頻磁鐵】?!(這不是我的碩論專業領域 Orz)

當高速移動的帶電粒子(ex電子)進入具備橫向磁場區就會開始偏轉，若緊接著磁場方向逆轉180度，就導致電子在此區間進行上下或左右震盪，其軌跡跟sin函數一致。因此電子在加速器之間移動過程從來不是直線軌跡。

From wiki,https://en.wikipedia.org/wiki/Undulator

在波峰或波谷區間的移動的電子可視為正在進行圓周運動，於是可在這兩區域發出光子。這個時候，電子在波盪器 undulator中的振盪頻率由磁鐵排列的緊湊程度來決定。

至於最後一段的SSMB 驗證，理論絕對沒問題且德國的加速器也才證明SSMB可行，但並沒有真的產出EUV，請參閱 https://www.euvlitho.com/2020/S52.pdf

SSMB有機會產出比DUV(100~200nm)更短波長，但想要產出 13.5nm的EUV，還需要一段時間。

老美或ASML的EUV光源 之所以選擇用二氧化碳雷射射擊錫來產生13.5nm 的EUV，是因為錫原子的電子組態導致-特定能階差的能量恰巧對應EUV能量(化學原理)。因此只要能讓二氧化碳雷射穩定射擊錫電漿，就會有源源不絕的EUV，再來 錫很便宜的 XDDD

老實說要做到ASML影片中程度，也是難如登天

SSMB等同純走物理原理來產生EUV，但大自然界中以物理原理來自發且源源不絕產生EUV的物體，就是太陽(或恆星等級的星體)。所以純靠物理機制的同步輻射加速器需要耗費極大能量才能產出 EUV，SSMB只是能減少輸入的能量或是降低成本來產生EUV，但你我都知道能量是守恆以及經費有限(茶，各國都有相似問題，此題無解😓😖)

所以~以高中物理老師的觀點來看-SSMB有機會減少科研成本，但是否能應用到商業製造，不好說，但這種光源對於微觀層次的科學研究是絕對有必要的!!!!

補充影片：【更正版】中國穩態微聚束SSMB超越ASML極紫外光EUV！？是真的？還是別道聽塗說！？