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2차원 및 3차원의 주기적인 구조 제작을 위한 2차원 이진 위상마스크의 설계와 분석

Design and analysis of two-dimensional binary phase masks for the fabrication of two-and three-dimensional periodic structures

한국광학회지 = Korean journal of optics and photonics, v.12 no.1, 2001년, pp.17 - 24  

김남식 (아주대학교 물리학과) ,  원영희 (아주대학교 물리학과) ,  고근하 (아주대학교 물리학과) ,  조두진 (아주대학교 물리학과)

초록
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엄밀한 결합파 해석(rigorous coupled-wave analysis)을 이용하여 2차원 및 3차원의 주기적인 구조 제작을 위한 2차원 이진위상 회절격자를 설계 및 분석하였다. 이 회절격자는 근접장 홀로그래피를 위한 위상 마스크로서 수직 입사하는 빛에 대하여 여거 개의 회절파들을 발생하고 이들은 공간상에 주기적인 간섭무늬를 형성한다. 입사파의 편광상태, 파장, 표면 양각형태, 요철 깊이와 duty cycle을 바꿈으로써 회절된 빛들을 조절할 수 있는데 2차원 구조의 경우 0차 회절효율이 최소가 되고 1차회절효율이 최대가 될 때 최적의 결과를 보인다. 한편 0차 회절효율이 상당한 크기를 가지거나 심지어 다른 차수의 회절효율보다 높을 때 마이크로 미터 이하의 미세구조를 갖는 tetragonal-body-centered 구조와 hexagonal 구조의 포토닉 결정을 제작 할 수 있는 다양한 형태의 3차원 공간 간섭무늬가 형성된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Two-dimensional binary-phase diffraction gratings which can be employed to fabricate two- and three-dimensional periodic structures are designed and analyzed using rigorous coupled-wave analysis. These gratings serve as phase-masks which generate several diffracted waves from a normally incident bea...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 2차원 이진 위상 회절격자 마스크 설계를 위해 표면양각 회절격자에 대한 RCWA를 사용하였다*1 일반적인 2차원 회절격자에 의한 3차원 회절 현상을 그림 2에 보였는데, 여기에서는 사용되는 기호들을 설명하는 정도로 RCWA에 대하여 매우 간략히 살펴 보고자 한다. 회절격자는 평면에 있으며 그 회절격자 벡터는 K이고 요철 부분의 깊이는 z축 방향으로 d이다.
  • 본 논문에서는 2차원 구조 및 3차원 공간상의 구조를 구현하는데 있어서 기존의 홀로그래픽 리소그래피가 갖는 문제점을 해결할 수 있는 근접장 홀로그래피에 사용될 2차원 이진 위상 회절격자를 엄밀한 결합파 해석 (rigorous coupled-wave analysis, RCWA)> 이용하여 설계 및 분석하였다. 직육면체요철과 원통형 요철의 정사각형 배열, 원통형 요철의 벌집 배열의 3가지 표면 양각 형태에 대하여 입사파의 편광상태, 파장, 주기, 요철 깊이와 duty cycle을 변화시키며 회절된 빛들의 세기와 이들의 간섭에 의하여 발생되는 2차원 및 3차원 간섭무늬를 분석하였다.
  • 이제 위상 마스크의 실제 제작 시 발생하는 오차의 영향을 살펴보고.자 한다.

가설 설정

  • 주기 495 nm, 요철 깊이 600 nm, duty cycle 0.7인 원통형 요철의 벌집 배 열 위상 마스크에 포장 325 nm의원편광된 빛이 입사했을 때 만들어지는 (a) 3차원 공간간섭 무늬; (b) 공간 간섭무늬의 z = 0 단면.
  • 주기 460 nm, 요철 깊이 470 nm, duty cycle 0.4인 원통형 요철의 정사각형 배열 위상 마스크에 파장 325 nm의 원편광된 빛이 입사했을 때 만들어지는 (a) 3차원 공간 간섭무늬 ; (b) 공간 긴-섭무늬의 z = 0 단면.
  • 둘째, 위상마스크의 격자주기가 설계로부터 벗어날 때의 변화는 위의 파장에 대한 것과 거의 같다. 분석 범위 안에서 격자 주기가 커질수록 0차 회절효율이 낮아지고 1차 회절 효율도 따라서 낮아지는 경향을 보이나 큰 변화는 없었다.
  • 요철 영역 (U)의 복소유전상수 &는 (x, y, z)의 함수로서, 이 영역을 N개의 층(이진 이상의 경우 N= 1)으로 분할하여 가 층 내부에서 z 방향으로 변화하지 않는다고 가정하고 이를 푸리에 급수로 전개한다. 본 논문에서는 j= 으로 하고 전자기장의 시간적 변화는 가정한다.
  • 역의 복소유전상수는과 이다. 요철 영역 (U)의 복소유전상수 &는 (x, y, z)의 함수로서, 이 영역을 N개의 층(이진 이상의 경우 N= 1)으로 분할하여 가 층 내부에서 z 방향으로 변화하지 않는다고 가정하고 이를 푸리에 급수로 전개한다. 본 논문에서는 j= 으로 하고 전자기장의 시간적 변화는 가정한다.
  • 첫째, 파장이 변화할 때 회절효율은 그림 7과 거의 같은 변화를 보인다. 가시도는 325nm이상 4%내에서의 변화에 대해 1.
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