[논문]포토닉 크리스탈 응용을 위한 비정질 칼코게나이드 As-Ge-Se-S 박막의 특성 연구

남기현; 구용운; 최혁; 정홍배

doi:10.4313/jkem.2008.21.6.580

포토닉 크리스탈 응용을 위한 비정질 칼코게나이드 As-Ge-Se-S 박막의 특성 연구
The Characteristic Study of Amorphous Chalcogenide As-Ge-Se-S Thin Film for Photonic Crystal Application 원문보기

In this paper, we investigated the properties of chalcogenide glass thin films formed by photo-inducing for use in 1-dimensional photonic crystals. We used Ag-doped amorphous As-Ge-Se-S thin films which belongs in the chalcogenide materials having sensitive photoluminescence properties. The purpose of this experiment is to form the holographic lattice for 1-dimensional photonic crystals. The way in which photo-induce into the amorphous chalcogenide thin films is holographic lithography method. We confirmed the formation of diffraction lattice by sensing the existence of diffraction beam and measured the diffraction efficiency. The results suggest that there is an application possibility with photonic crystals.

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문제 정의

물질이 포함된 화합물에 Si&으!를 첨가하면, 광학산에 의한 지역적인 굴절율의 변화와 같은 뛰어난 광유기현상을 갖고 있다고 알려져 있다[6-8L 이러한 특징은 광에너지 밴드갭의 형성에 용이하게 쓰일 수 있어 칼코게나이드계 물질을 이용한 광결정 연구가 활발히 진행 되고 였으며, 본 실험에서도 이러한 점을 이용하여 광결정 형성을 위한 실험을 실시하였다.

제안 방법

He™Ne 레이저에 의해 Ag가 As4oGewSei5S35 칼코게나이드 박막에 도핑이 되는지의 여부를 판단하기 위해 실리콘 기판위에 AsHGeioS으位&始 런/막 300 nm를 증착 한 후 Ag를 10 nm로 증착하고, 제작된 박막에 He-Ne 레이저(M mW/制를 이용하여 1분간 Ag 광도핑을 실시하였다. 10분 지점에 Ag의 수치가 상승하는 것을 알 수 있다.
광결정의 제작은 매질의 종류와 그 매질에 맞는 제조방법에 따라 많은 방법이 있는데, 여러가지 제조방법 중본 연구에서는 홀로그래픽 리소그래피 방법을 이용한 1차원 광결정 형성을 시도하였으며, 매질로는 레이저 광, 전자빔 등에 뛰어난 반응 특성을 보이는 비정질 칼코게나이드계 물질을 사용하였다[4, 5].
본 논문에서는 회절빔의 위치를 확인하여 홀로 그래픽 방법에 의해 생성된 회절격자의 모양이 입사 빔과 박막표면사이의 각도에 따라 다름을 유추해 내었고, 1차 회절빔의 효율을 측정하여 회절격자의 생성 강도와 적절한 광조사 시간을 알아내었다.
벌크 제조는 전형적인 용융냉각 (melt-quenching) 방식에 의해 제작되었다. 순도가 5N인 As, Ge, Se, S를 원자량비 As : Ge : Se : S = 40 : 10 : 15 : 35로 하여 전자천평으로 0.1 mg 까지 평 량하였다. 지름 10 mm 석 영관을 질산으로 24시간, Potas안ium을 소량 첨가한 황산을 채워 24 시간 동안 세척한 다음, 아세톤, T.
O, 메탄올, 아세톤의 순서로 초음파 세척 후 건조 시킨 coming glass를 기판으로 사용하였고, Electron-beam evaporator sy머;em을 이용하여 ~2사(/ Torr의 진공도에서 증착을 하였으며, ~5 A/s의 증착률로 Ag< 600 A 증착시킨 후, 1 ㎛의 As~Ge-SemS# 증착한 2중 층을 갖는 샘플을 완성하였다, 이 샘플에 그림 1과 같은 홀로그래픽 리소그래피 방법으로 최대 8(X)0 s의 시간 동안 He-Ne 레이저를 조사하였다. 이때, 샘플로 입사되는 두 레이저빔 간의 각도는 2 9=200로 고정시켰으며, 샘플을 기울여 레이저와 샘플이 이루는 각도를 변화시켜 실험을 진행하였다.
이번 실험에서 입사각 조정에 의한 서로 다른 형태의 회절격자를 형성 하였다. 이번 결과를 다양한 형태를 갖는 1차원 광결정을 형성 할 수 있는 토대를 마련하였다,
, 메탄올, 초순수 순으로 5분 이상 흔들어 세척하고, 준비된 AsG/SvS를 넣어 10-3 Torr로 진공봉입 한 상태에서 전기로에 240 ℃로 2시간, 650 笆로 4시간, 1000 "C 로 24시간 가열한 후 냉각하였다. 초순수, T.C.E., LS.O, 메탄올, 아세톤의 순서로 초음파 세척 후 건조 시킨 coming glass를 기판으로 사용하였고, Electron-beam evaporator sy머;em을 이용하여 ~2사(/ Torr의 진공도에서 증착을 하였으며, ~5 A/s의 증착률로 Ag< 600 A 증착시킨 후, 1 ㎛의 As~Ge-SemS# 증착한 2중 층을 갖는 샘플을 완성하였다, 이 샘플에 그림 1과 같은 홀로그래픽 리소그래피 방법으로 최대 8(X)0 s의 시간 동안 He-Ne 레이저를 조사하였다. 이때, 샘플로 입사되는 두 레이저빔 간의 각도는 2 9=200로 고정시켰으며, 샘플을 기울여 레이저와 샘플이 이루는 각도를 변화시켜 실험을 진행하였다.

대상 데이터

본 실험에서는 비정질 As-Ge-Se-S를 주재료로 선택하였다. 벌크 제조는 전형적인 용융냉각 (melt-quenching) 방식에 의해 제작되었다.

이론/모형

1. Schematic diagram of the experimental setup using holographic lithography method.

성능/효과

이것은 입사빔과 박막 사이 각도의 변화에 따라 회절격자가 각각 다른 형태로 형성 되고, 회절빔 또한 회절격자의 형태에 따라 다른 위치에 형성된다는 것으로 설명 될 수 있다. 二I리고 회절되는 정도는 박막과 입사빔 사이의 각도에 비례한다는 것을 알 수 있다.
입사각이 90。에서 65°, 45。로 점차 감소 될수록 보다 상부에 회절빔이 맺히는 것을 확인할 수 있었다, 이를 근거로 샘플과 레이저 빔과의 업사각에 변화를 주어도 격자가 형성되는 것을 확인 할 수 있었으며, 입사각의 변화가 박막 내부에 형성되는 격자의 모양에 영향을 주어 회절빔의 방향을 변경시켰음을 유주 할 수 있었다.
회절격자를 형성 하였다. 이번 결과를 다양한 형태를 갖는 1차원 광결정을 형성 할 수 있는 토대를 마련하였다,

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