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제안 방법
- Fig. 1(a)의 DBR은 n1이 SiO2, n2는 Si3N4로 각각 t1 =76 nm와 t2 = 55 nm의 두께로 번갈아 가며 적층하여 최대 반사 파장이 모르포 나비날개와 비슷하게 나오도록 모델링을 하였다. Fig.
- 2에서 이러한 비슷한 두 구조의 반사 스펙트럼 시뮬레이션을 통해 두 구조가 상당히 비슷한 반사 스펙트럼을 가지고 있다는 사실을 알 수 있고, 두 구조 모두 파장이 450 nm에서 반사율이 가장 높이 나타나고 모르포 나비 날개 모방구조에서는 파장이 503 nm 에서 DBR은 530 nm에서 반사율이 낮게 나타나는 사실을 알 수 있다. 따라서 우리는 두 가지 비슷한 반사 특성을 가지는 구조의 반사율이 극대화와 극소화가 일어나는 파장에서 E-Field 분포의 비교를 통한 반사특성 비교와 외부 환경 굴절률 변화에 대한 반사 스펙트럼 변화 비교를 통해 두 구조의 유사점 및 차이점을 분석하였다.
- 본 연구는 모르포 나비 날개 모방 구조와 비슷한 반사 특징을 가지는 DBR을 모델링하고 실제 모르포 나비를 관찰해 모르포 나비 날개 모방 구조를 모델링하여 E-Field 및 외부 환경 굴절률 변화에 대해 계산하였고 두 구조의 유사점과 차이점을 비교하였다. 유사점으로는 두 구조 모두 반사율이 극대화 혹은 극소화 되는 파장에서 반사특성은 주로 간섭에 의해서 나타나는 사실이고, 차이점에서 오는 특징으로는 DBR의 경우 외부 환경 굴절률 변화에 대해 반사 스펙트럼이 거의 변하지 않지만 모르포 나비 날개 모방 구조는 외부 환경 굴절률 이 1에서 1.
- 우리는 민감도를 향상하는 방법의 하나로 라멜라의 개수를 조절하였다. Fig.
- 1(c)의 실제 모르포 나비 날개를 관찰하여 얻은 크기로 Period는 770 nm, Width는 318 nm로, Air Gap과 Thickness는 각각 180 nm, 64 nm로 모델링 하였다. 이 시뮬레이션 결과로부터, 두 가지 구조의 유사점 및 차이점을 분석하고 이러한 특징을 이용하여 모르포 나비 날개를 모방한 가스 센서를 제안하고 최적화된 구조를 제시한다.
- 두 가지 구조에서 반사율이 극대화 혹은 극소화되는 부분에서의 반사 특성이 주로 간섭에 의해 이루어지지만, 모르포 나비 날개 모방 구조는 외부 환경과의 접촉 면적이 넓어 외부 환경 변화에 민감한 특성을 보인다. 이를 확인하기 위해 주변 환경의 굴절률을 변화시키면서 광학적 특성을 계산하였다.
- 이에 따라 본 연구에서는 RCWA (Rigorous Coupled Wave Analyses) 계산 방법을 사용하여 빛의 간섭 원리를 이용하는 DBR (Distributed Bragg Reflector) 구조와 모르포 나비 날개 구조의 광학 시뮬레이션을 시행하였다. Fig.
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