KR102370709B1 - 만능 임피던스 정합을 이용한 실리콘 기판 또는 게르마늄 기판 상의 무반사막 및 그 형성 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양광 발전, 가시광선 센서, 광통신, 적외선 렌즈, 적외선 센서 등에 적용될 수 있는 무반사막의 형성 기술에 관한 것으로서, 구체적으로, 전자기적 물성이 서로 다른 공기와 실리콘(Silicon) 기판 또는 게르마늄(Germanium) 기판 사이에서 발생하는 광 반사를 가시광선, 근적외선 및 단적외선 영역에서 넓은 범위의 입사각 및 편광 방향에 무관하게 임피던스 정합(Impedance Matching)을 이루는 무반사막 및 그 형성 기술에 관한 것이다.
Description
본 발명은 태양광 발전, 가시광선 센서, 광통신, 적외선 렌즈, 적외선 센서 등에 적용될 수 있는 무반사막의 형성 기술에 관한 것으로서, 구체적으로, 전자기적 물성이 서로 다른 공기와 실리콘(Silicon) 기판 또는 게르마늄(Germanium) 기판 사이에서 발생하는 광 반사를 근적외선 및 단적외선 영역에서 넓은 범위의 입사각 및 편광 방향에 무관하게 임피던스 정합(Impedance Matching)을 이루는 무반사막 및 그 형성 기술에 관한 것이다.
일반적으로, 빛 또는 전자기파는 광학적, 전자기적 특성이 다른 두 물질 사이의 경계를 투과하여 진행할 경우, 임피던스 또는 어드미턴스 부정합으로 인해 부분적으로 또는 완전히 반사될 수 있다.
광통신, 적외선 렌즈, 등의 산업에서 적외선의 흡수손실을 줄이기 위해 매개물질로서 실리콘(Silicon) 또는 게르마늄(Germanium)을 활용하는 광 기술을 다루고 있다.
센서 산업에서 가시광선과 적외선에 민감한 매개 물질로서 실리콘 또는 게르마늄이 사용되고 있다.
또한, 태양광 발전 산업의 경우, 가시광선 및 근적외선 대역의 태양광을 수집하여 전기를 생산할 수 있는 실리콘 또는 게르마늄이 태양광 산업에 활용되고 있다.
실리콘 또는 게르마늄의 경우 광학적 특성이 공기와 많이 달라 빛의 반사가 많이 발생할 수 있다. 빛이 반사될 경우, 에너지 손실이 다양한 광학, 전자기 장치 및 장비에서의 성능 및 효율이 저감될 수 있다.
보다 구체적으로는, 광통신에 사용하는 실리콘 도파관(on-chip Silicon waveguide)의 경우, 조사하는 적외선의 에너지 최대전달을 위해 상기 적외선의 진행 방향과 도파모드의 진행방향이 동일하게 조사하는 엣지 커플링(Edge coupling) 방법과, 그레이팅(grating)을 활용하여 진행방향이 수직으로 조사하는 버티컬 커플링(vertical coupling) 방법 등이 제시되어왔다.
그러나, 전자기파의 주파수나 입사각에 민감하게 반응하기에 제시된 기술을 적용하는데 있어 어려움이 많았고, 광주파수와 입사각에 대한 임피던스의 부정합으로 인한 에너지의 반사손실을 피할 수 없었다.
한편, 광섬유, SWIR 카메라, 적외선 센서, 및 기타 적외선 렌즈에서 개구수(Numerical Aperture, NA)는 보편적으로 0.9 이하이기에, 64도 이하의 입사각을 가지는 전자기파에 대한 임피던스 정합을 이루어 반사손실을 최소화하는 기술이 요구되어 왔다.
또한, 태양광 발전 패널에서 활용하고 있는 종래 기술의 무반사막은 수직으로 입사하는 태양광에 대한 임피던스 정합을 이루기에, 임의의 각도에서 입사하는 태양광을 효율적으로 수집하는 기술이 요구되어 왔다.
이러한 성능 감소를 방지하기 위해 반사를 제어하는 무반사 기술이 지속적으로 개발되고 있고, 특히 무반사막이 기능하는 전자기파의 주파수 및 입사각의 한계를 극복하기 위해 무반사 기술이 지속적으로 발전해왔다.
대표적인 방법으로 1/4-파장 무반사막(Quarter-wave Anti-Reflection coating), 다중층 무반사막(multi-layer coating anti-reflection), 비균질 무반사막(inhomogeneous anti-reflection coating), 그리고 메타물질(metamaterial)을 활용한 무반사막이 존재한다.
일반적으로, 메타물질은 매질에 빛의 파장보다 크기가 작은 구조를 줌으로써 원래 매질의 광반응 특성이 아닌 새로운 광반응 특성을 나타낼 수 있다. 이러한 광반응을 기술하는 변수를 유효 매질 변수(effective material parameter)라고 지칭할 수 있다.
일반적으로, 물질의 전자기적 특성이 주파수 및 입사각도에 따라 변하는 특성을 시공간분산(spatiotemporal dispersion)이라고 지칭한다.
만능 임피던스 정합(Universal Impedance Matching; UIM) 이론에 따르면 주파수와 입사각에 무관하여 전자기파의 반사를 차단하기 위해선 주파수와 입사각에 따라 달라지는 임피던스(impedance) 또는 어드미턴스(admittance)가 요구되고, 이는 매질의 유효 매질 변수가 시공간 분산을 갖는 물질로 구현할 수 있다.
보다 구체적으로는, 두 개의 매질 층에 공간을 줌으로써 이러한 시공간 분산을 구현할 수 있다.
따라서, 두 개의 매질 층 사이에 빛의 파장보다 두께가 얇은 층으로 이격시킴으로써 형성될 수 있는 구조적 이중층(structural double layer)은 만능 임피던스 정합을 이루게 하는 시공간 분산(spatiotemporal dispersion)을 갖을 수 있고, 이를 활용한 무반사막 설계를 통해 실리콘 기판 및 게르마늄 기판을 활용하는 많은 장치의 성능 및 효율을 증가시키는 기술이 제안될 필요성이 있다.
본 발명은 기판과 공기 사이에서 적외선영역의 광 주파수뿐만 아니라 빛의 입사각, 빛의 편광 상태에 관계없이 임피던스 정합을 이루어 빛, 전자기파 또는 적외선의 반사를 차단하는 무반사막을 제공하는 것을 목적으로 할 수 있다.
본 발명은 광통신, 적외선 렌즈 또는 적외선 센서, 이미지 센서 등의 실리콘 또는 게르마늄 물질을 활용하는 광기술 산업에서 적외선과 가시광선의 반사로 인한 에너지 손실을 입사각 변화와 관계없이 제어하여 적외선과 가시광선 에너지 전달성을 향상시키는 것을 목적으로 할 수 있다.
본 발명은 태양광의 입사각 변화와 관계없이 효율적으로 태양광을 수집하여 태양광 발전의 효율성을 향상시키는 것을 목적으로 할 수 있다.
본 발명은 500nm 내지 5000nm 파장대의 적외선 영역에서 실리콘 기판 또는 게르마늄 기판에 대해 만능 임피던스 정합을 이루는 무반사막을 설계하는 것을 목적으로 할 수 있다.
본 발명은 다중층 무반사막 또는 비균질 무반사막과 같이 막의 두께가 파장 대비 큰 무반사막에 대비하여 막의 두께가 얇으면서도 입사되는 빛, 전자기파 또는 적외선의 입사각 및 주파수에 관계없이 반사를 억제하는 것을 목적으로 할 수 있다.
본 발명은 다중층 무반사막 및 비균질 무반사막에 대비하여 무반사막의 두께가 파장대비 작으면서도 빛의 주파수, 입사각, 편광방향과 관계없이 시공간분산을 수행하는 무반사막을 설계하고, 무반사막이 요구되는 장비의 크기를 감소시키는 것을 목적으로 할 수 있다.
본 발명은 나방눈 구조 무반사막(moth-eye anti-reflection layer)과 같이 복잡한 구조로 인해 공정이 어려운 비균질 무반사막에 대비하여 화학기상증착 및 물리기상증착 방법을 활용한 단순한 매질층의 증착으로 구현될 수 있어 생산성이 향상된 무반사막을 제공하는 것을 목적으로 할 수 있다.
본 발명은 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition, CVD) 또는 물리기상증착법(Physical Vapor Deposition, PVD)를 활용한 단순한 공정과정을 통해 대면적으로 무반사막을 구현하여, 비용이나 대량생산 측면에서 이점을 획득하는 것을 목적으로 할 수 있다.
본 발명은 광송수신기(optical transceiver), 변조기, 증폭기 등과 같이 광통신에 사용되는 실리콘 광기술(Silicon photonics technology) 산업에서 활용되는 광복합 소자(Photo Coupler)의 반사 손실을 줄이고, 에너지 전달성을 향상시키는 것을 목적으로 할 수 있다.
본 발명은 무반사막을 활용하여 가시광선 카메라 센서, 단적외선(short wave infrared, SWIR) 카메라 및 적외선 렌즈에서 발생하는 반사로 인한 광량 손실을 감소시키고, 에너지 전달성을 향상하여 카메라의 성능을 향상시키는 것을 목적으로 할 수 있다.
본 발명은 무반사막을 활용하여 실리콘 기반 적외선 센서에서 발생하는 반사로 인한 광량 손실을 줄이고, 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio, SNR)를 늘려 장치의 정확도 및 에너지 효율적 측면을 향상시키는 것을 목적으로 할 수 있다.
본 발명은 무반사막을 활용하여 태양광 발전 소자에서 발생하는 가시광선의 반사로 인한 광량 손실을 감소시키고, 에너지 전달성을 향상시켜 태양광 발전의 효율성을 향상시키는 것을 목적으로 할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 무반사막은 기판 상에 위치하는 제1층, 상기 제1층과 특정 거리만큼 이격되어 상기 제1층 상에 위치하는 제2층 및 상기 제1층과 상기 제2층 사이에서 상기 특정 거리를 형성하는 이격층을 포함하고, 상기 제1층 및 상기 제2층은, 구조적 이중층(structural double layer)을 형성하고, 메타물질(meta material)로서 구현되며, 상기 이격층은, 상기 제1층과 상기 제2층을 구현하는 물질과 서로 다른 물질로 구현되고, 상기 제1층, 상기 제2층 및 상기 이격층의 두께는, 상기 제1층, 상기 제2층 및 상기 이격층에 입사된 빛의 파장보다 작게 구현되며, 상기 형성된 구조적 이중층(structural double layer)은, 상기 입사된 빛에 대한 전자기파 반응의 비국소성(nonlocality)을 활용하여 상기 입사된 빛의 입사각에 따라 유효굴절률(effective refractive index)이 변하는 시공간분산(spatiotemporal dispersion)을 구현할 수 있다.
상기 기판은, 결정질 실리콘(c-Si), 비균질 실리콘(a-Si) 또는 폴리실리콘(poly-Si) 중 어느 하나에 의해 구현된 실리콘 기판 또는 결정질 게르마늄(c-Ge) 또는 비균질 게르마늄(a-Ge) 중 어느 하나에 의해 구현된 게르마늄 기판 중 어느 하나일 수 있다.
상기 제1층 및 상기 제2층은, 상기 기판이 상기 실리콘 기판일 경우, 산화실리콘(SiO2), 플루오린화바륨(BaF2), 또는 브로민화칼륨(KBr) 중 어느 하나에 의해 구현되고, 1.40 내지 1.55의 굴절률을 갖는 유리 물질 또는 플라스틱 물질에 의해 구현되며, 상기 이격층은, 상기 기판이 상기 실리콘 기판일 경우, 상기 1.40 내지 1.55의 굴절률보다 높은 굴절률을 갖는 상기 결정질 실리콘(c-Si), 상기 비균질 실리콘(a-Si) 또는 상기 폴리실리콘(poly-Si) 중 어느 하나에 의해 구현될 수 있다.
상기 제2층의 두께는, 상기 제1층과 상기 제2층을 구현하는 매질의 굴절률에 따라 상기 제1층의 두께의 5.0배 내지 7.7배로 구현되고, 상기 이격층의 두께는, 상기 특정 거리에 해당하고, 상기 제1층의 두께의 0.7배 내지 1.6배로 구현될 수 있다.
상기 이격층의 두께는, 상기 특정 거리에 해당하고, 상기 입사된 빛의 중심 파장의 0.020배 내지 0.027배로 구현될 수 있다.
상기 형성된 구조적 이중층(structural double layer)은 1.1 μm 내지 2.5 μm의 파장을 갖는 근적외선 및 단적외선 영역에서, 0도 내지 60도의 입사각에 대해 편광방향에 관계없이 적외선 반사를 차단할 수 있다.
상기 제1층 및 상기 제2층은, 상기 기판이 상기 게르마늄 기판일 경우, 산화게르마늄(GeO2), 산화실리콘(SiO2), 플루오린화바륨(BaF2), 플루오린마그네슘(MgF2), 산화알루미늄(Al2O3) 또는 브로민화칼륨(KBr) 중 어느 하나에 의해 구현되고, 1.3 내지 1.7의 굴절률을 갖는 유리 물질 또는 플라스틱 물질에 의해 구현되며, 상기 이격층은, 상기 기판이 상기 게르마늄 기판일 경우, 상기 1.3 내지 1.7의 굴절률보다 높은 굴절률을 갖는 상기 결정질 게르마늄(c-Ge) 또는 상기 비균질 게르마늄(a-Ge) 중 어느 하나에 의해 구현될 수 있다.
상기 제2층의 두께는, 상기 제1층과 상기 제2층을 구현하는 매질의 굴절률에 따라 상기 제1층의 두께의 4.7배 내지 6.1배로 구현되고, 상기 이격층의 두께는, 상기 특정 거리에 해당하고, 상기 제1층의 두께의 0.52배 내지 0.75배로 구현될 수 있다.
상기 이격층의 두께는, 상기 특정 거리에 해당하고, 상기 입사된 빛의 중심 파장인 3.1 μm의 0.018배 내지 0.021배로 구현될 수 있다.
상기 제1층, 상기 제2층 및 상기 이격층은, 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition, CVD) 및 물리기상증착법(Physical Vapor Deposition, PVD)을 활용한 대면적 증착에 기반하여 구현될 수 있다.
상기 제1층, 상기 제2층 및 상기 이격층의 두께는 전자기파와 매질 사이의 상호작용 확장성(scalability)를 고려하여, 상기 매질의 굴절률을 유지하는 주파수 대역에서 동일한 비율로 조절될 수 있다.
상기 형성된 구조적 이중층(structural double layer)은, 500 nm 내지 5000 nm 파장대의 적외선 영역에서, 만능 임피던스 정합을 이루어 상기 입사된 빛의 주파수, 입사각 또는 편광 방향 중 적어도 어느 하나와 무관하게 상기 기판과 공기 사이에서 상기 입사된 빛의 반사를 차단할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 무반사막의 형성 방법은 기판 상에 제1층을 형성하는 단계, 상기 형성된 제1층 상에 특정 거리에 해당하는 두께로 이격층을 형성하는 단계 및 상기 제1층과 상기 특정 거리만큼 이격하여 상기 제1층 및 상기 이격층 상에 제2층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제1층 및 상기 제2층은, 구조적 이중층(structural double layer)을 형성하고, 메타물질(meta material)로서 구현되며, 상기 이격층은, 상기 제1층과 상기 제2층을 구현하는 물질과 서로 다른 물질로 구현되고, 상기 제1층, 상기 제2층 및 상기 이격층의 두께는, 상기 제1층, 상기 제2층 및 상기 이격층에 입사된 빛의 파장보다 작게 구현되며, 상기 형성된 구조적 이중층(structural double layer)은, 상기 입사된 빛에 대한 전자기파 반응의 비국소성(nonlocality)을 활용하여 상기 입사된 빛의 입사각에 따라 유효굴절률(effective refractive index)이 변하는 시공간분산(spatiotemporal dispersion)을 구현할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 무반사막의 형성 방법은 결정질 실리콘(c-Si), 비균질 실리콘(a-Si) 또는 폴리실리콘(poly-Si) 중 어느 하나에 의해 구현된 실리콘 기판 또는 결정질 게르마늄(c-Ge) 또는 비균질 게르마늄(a-Ge) 중 어느 하나에 의해 구현된 게르마늄 기판 중 어느 하나로 상기 기판을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 기판 상에 제1층을 형성하는 단계는, 상기 기판이 상기 실리콘 기판일 경우, 산화실리콘(SiO2), 플루오린화바륨(BaF2), 또는 브로민화칼륨(KBr) 중 어느 하나에 의해 구현되고, 1.40 내지 1.55의 굴절률을 갖는 유리 물질 또는 플라스틱 물질을 이용하여 상기 제1층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 형성된 제1층 상에 특정 거리에 해당하는 두께로 이격층을 형성하는 단계는, 상기 기판이 상기 실리콘 기판일 경우, 상기 1.40 내지 1.55의 굴절률보다 높은 굴절률을 갖는 상기 결정질 실리콘(c-Si), 상기 비균질 실리콘(a-Si) 또는 상기 폴리실리콘(poly-Si) 중 어느 하나를 이용하여 상기 이격층을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 제1층과 상기 특정 거리만큼 이격하여 상기 제1층 및 상기 이격층 상에 제2층을 형성하는 단계는, 상기 기판이 상기 실리콘 기판일 경우, 상기 산화실리콘(SiO2), 상기 플루오린화바륨(BaF2), 또는 상기 브로민화칼륨(KBr) 중 어느 하나에 의해 구현되고, 상기 1.40 내지 1.55의 굴절률을 갖는 유리 물질 또는 플라스틱 물질을 이용하여 상기 제2층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 기판 상에 제1층을 형성하는 단계는, 상기 기판이 상기 게르마늄 기판일 경우, 산화게르마늄(GeO2), 산화실리콘(SiO2), 플루오린화바륨(BaF2), 플루오린마그네슘(MgF2), 산화알루미늄(Al2O3) 또는 브로민화칼륨(KBr) 중 어느 하나에 의해 구현되고, 1.3 내지 1.7의 굴절률을 갖는 유리 물질 또는 플라스틱 물질을 이용하여 상기 제1층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 형성된 제1층 상에 특정 거리에 해당하는 두께로 이격층을 형성하는 단계는, 상기 기판이 상기 게르마늄 기판일 경우, 상기 1.3 내지 1.7의 굴절률보다 높은 굴절률을 갖는 상기 결정질 게르마늄(c-Ge) 또는 상기 비균질 게르마늄(a-Ge) 중 어느 하나를 이용하여 상기 이격층을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 제1층과 상기 특정 거리만큼 이격하여 상기 제1층 및 상기 이격층 상에 제2층을 형성하는 단계는, 상기 기판이 상기 게르마늄 기판일 경우, 상기 산화게르마늄(GeO2), 산화실리콘(SiO2), 상기 플루오린화바륨(BaF2), 상기 플루오린마그네슘(MgF2), 상기 산화알루미늄(Al2O3) 또는 상기 브로민화칼륨(KBr) 중 어느 하나에 의해 구현되고, 상기 1.3 내지 1.7의 굴절률을 갖는 유리 물질 또는 플라스틱 물질을 이용하여 상기 제2층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명은 기판과 공기 사이에서 가시광선과 적외선영역의 광 주파수뿐만 아니라 빛의 입사각, 빛의 편광 상태에 관계없이 임피던스 정합을 이루어 빛, 전자기파 또는 적외선의 반사를 차단하는 무반사막을 제공할 수 있다.
본 발명은 광통신, 적외선 렌즈, 가시광선 센서 또는 적외선 센서 등의 실리콘 또는 게르마늄 물질을 활용하는 광기술 산업에서 가시광선과 적외선의 반사로 인한 에너지 손실을 입사각 변화와 관계없이 제어하여 적외선 에너지 전달성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 태양광의 입사각 변화와 관계없이 효율적으로 태양광을 수집하여 태양광 발전의 효율성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 500nm 내지 5000nm 파장대의 적외선 영역에서 실리콘 기판 또는 게르마늄 기판에 대해 만능 임피던스 정합을 이루는 무반사막을 설계할 수 있다.
본 발명은 다중층 무반사막 또는 비균질 무반사막과 같이 막의 두께가 파장 대비 큰 무반사막에 대비하여 막의 두께가 얇으면서도 입사되는 빛, 전자기파 또는 적외선의 입사각 및 주파수에 관계없이 반사를 억제할 수 있다.
본 발명은 다중층 무반사막 및 비균질 무반사막에 대비하여 무반사막의 두께가 파장대비 작으면서도 빛의 주파수, 입사각, 편광방향과 관계없이 시공간분산을 수행하는 무반사막을 설계하고, 무반사막이 요구되는 장비의 크기를 감소시킬 수 있다.
본 발명은 나방눈 구조 무반사막(moth-eye anti-reflection layer)과 같이 복잡한 구조로 인해 공정이 어려운 비균질 무반사막에 대비하여 화학기상증착 및 물리기상증착 방법을 활용한 단순한 매질층의 증착으로 구현될 수 있어 생산성이 향상된 무반사막을 제공할 수 있다.
본 발명은 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition, CVD) 또는 물리기상증착법(Physical Vapor Deposition, PVD)를 활용한 단순한 공정과정을 통해 대면적으로 무반사막을 구현하여, 비용이나 대량생산 측면에서 이점을 획득할 수 있다.
본 발명은 광송수신기(optical transceiver), 변조기, 증폭기 등과 같이 광통신에 사용되는 실리콘 광기술(Silicon photonics technology) 산업에서 활용되는 광복합 소자(Photo Coupler)의 반사 손실을 줄이고, 에너지 전달성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 무반사막을 활용하여 가시광선 카메라 센서, 단적외선(SWIR) 카메라 및 적외선 렌즈에서 발생하는 반사로 인한 광량 손실을 감소시키고, 에너지 전달성을 향상하여 카메라의 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 무반사막을 활용하여 실리콘 기반 가시광선 센서와 적외선 센서에서 발생하는 반사로 인한 광량 손실을 줄이고, 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio, SNR)를 늘려 장치의 정확도 및 에너지 효율적 측면을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 무반사막을 활용하여 태양광 발전 소자에서 발생하는 가시광선의 반사로 인한 광량 손실을 감소시키고, 에너지 전달성을 향상시켜 태양광 발전의 효율성을 향상시킬 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일실시예에 따른 무반사막을 설명하는 도면이다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 기판 상에 무반사막의 적외선 반사율을 종래 기술과 비교하여 설명하는 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 무반사막의 주사 전자 현미경 이미지를 설명하는 도면이다.
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 일실시예에 따른 무반사막이 실리콘 기판 상에 증착되었을 때, 입사하는 빛의 편광 방향, 파장의 변화 및 입사각의 변화에 따른 반사도를 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 기판 상에 무반사막의 확장성을 설명하는 도면이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 일실시예에 따른 게르마늄 기판 상에 무반사막의 적외선 반사율 및 확장성을 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 무반사막의 형성 방법을 설명하는 도면이다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 기판 상에 무반사막의 적외선 반사율을 종래 기술과 비교하여 설명하는 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 무반사막의 주사 전자 현미경 이미지를 설명하는 도면이다.
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 일실시예에 따른 무반사막이 실리콘 기판 상에 증착되었을 때, 입사하는 빛의 편광 방향, 파장의 변화 및 입사각의 변화에 따른 반사도를 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 기판 상에 무반사막의 확장성을 설명하는 도면이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 일실시예에 따른 게르마늄 기판 상에 무반사막의 적외선 반사율 및 확장성을 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 무반사막의 형성 방법을 설명하는 도면이다.
이하, 본 문서의 다양한 실시 예들이 첨부된 도면을 참조하여 기재된다.
실시 예 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시 예의 다양한 변경, 균등물, 및/또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
하기에서 다양한 실시 예들을 설명에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
그리고 후술되는 용어들은 다양한 실시 예들에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
본 문서에서, "A 또는 B" 또는 "A 및/또는 B 중 적어도 하나" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다.
"제1," "제2," "첫째," 또는 "둘째," 등의 표현들은 해당 구성요소들을, 순서 또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다.
어떤(예: 제1) 구성요소가 다른(예: 제2) 구성요소에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다.
본 명세서에서, "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, 하드웨어적 또는 소프트웨어적으로 "~에 적합한," "~하는 능력을 가지는," "~하도록 변경된," "~하도록 만들어진," "~를 할 수 있는," 또는 "~하도록 설계된"과 상호 호환적으로(interchangeably) 사용될 수 있다.
어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다.
예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성된(또는 설정된) 프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.
또한, '또는' 이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or' 이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or' 를 의미한다.
즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다' 라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다.
이하 사용되는 '..부', '..기' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일실시예에 따른 무반사막을 설명하는 도면이다.
도 1a는 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 기판 상의 무반사막 (anti-reflection layer)을 예시한다.
도 1a를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 무반사막(100)은 기판(101), 제1층(102), 이격층(103) 및 제2층(104)을 포함한다.
일례로, 무반사막(100)은 기판(101) 상에 형성된 제1층(102), 이격층(103) 및 제2층(104)에 해당할 수 있다.
일례로, 무반사막(100)은 제1 매질에 해당하는 공기와 제2 매질에 해당하는 기판(101) 사이에 형성될 수 있다.
만능 임피던스 정합(Universal Impedance Matching) 이론에 따르면, 입사하는 빛의 주파수 또는 파장, 입사각, 및 편광 방향에 무관하게 반사를 차단하는 무반사막은 상대 유전율(relative permittivity)과 상대 투자율(relative permeability)이 시공간분산(spatiotemporal dispersion)을 구현하는 물질로 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 무반사막(100)의 상대 유전율과 상대 투자율이 하기 [수학식 1]에 만족할 경우, 공기와 기판(101) 사이의 만능 임피던스 정합을 이루는 무반사막에 상응할 수 있다.
[수학식 1]
[수학식 1]에 따르면, εr, εz는 상대 유전율을 나타낼 수 있고, <Y>는 제1 매질과 제2 매질에 대한 전파의 기하 평균 어드미턴스(geometric mean admittance)를 나타낼 수 있으며, <R>은 방향 코사인을 나타낼 수 있고, d는 무반사막의 두께를 나타낼 수 있고, μr, μz는 상대 투자율을 나타낼 수 있으며, k는 파수(wave number)를 나타낼 수 있고, ω는 전자기파의 각주파수를 나타낼 수 있다.
보다 구체적으로 <Y>와 <R> 은 [수학식 2]와 같이 표현될 수 있다.
[수학식 2]
[수학식 2]에서, <Y>는 제1 매질과 제2 매질에 대한 전파의 기하 평균 어드미턴스를 나타낼 수 있고, <R>은 방향 코사인을 나타낼 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 무반사막(100)은 두 개의 매질 층 사이에 빛의 파장보다 두께가 얇은 층으로 이격시킴으로써 형성하는 구조적 이중층(structural double layer)을 통해 시공간 분산을 갖을 수 있고, 이를 활용한 무반사막 설계를 통해 실리콘 기판을 활용하는 많은 장치의 성능 및 효율을 증가시킬 수 있다.
일례로, 무반사막(100)은 기판(101) 상에 위치하는 제1층(102), 제1층(102)과 특정 거리만큼 이격되어 제1층(102) 상에 위치하는 제2층(104) 및 제1층(102)과 제2층(104) 사이에서 특정 거리를 형성하는 이격층(103)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 기판(101)은 실리콘(c-Si), 비균질 실리콘(a-Si) 또는 폴리실리콘(poly-Si) 중 어느 하나에 의해 구현된 실리콘 기판을 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 제1층(102)과 제2층(104)은 구조적 이중층을 형성하고, 메타물질로서 구현될 수 있다.
또한, 이격층(103)은 제1층(102)과 제2층(104)을 구현하는 물질과 서로 다른 물질로 구현될 수 있다.
또한, 제1층(102), 이격층(103) 및 제2층(104)의 두께는 제1층(102), 이격층(103) 및 제2층(104)에 입사된 빛의 파장보다 작게 구현될 수 있다.
일례로, 제1층(102)과 제2층(104)에 의해 형성된 구조적 이중층(structural double layer)은 입사된 빛에 대한 전자기파 반응의 비국소성(nonlocality)을 활용하여 입사된 빛의 입사각에 따라 유효굴절률(effective refractive index)이 변하는 시공간분산(spatiotemporal dispersion)을 구현할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 제1층(102) 및 제2층(104)은, 기판(101)이 실리콘 기판일 경우, 산화실리콘(SiO2), 플루오린화바륨(BaF2), 또는 브로민화칼륨(KBr) 중 어느 하나에 의해 구현되고, 1.40 내지 1.55의 굴절률을 갖는 유리 물질 또는 플라스틱 물질에 의해 구현될 수 있다.
일례로, 이격층(103)은, 기판(101)이 실리콘 기판일 경우, 1.40 내지 1.55의 굴절률보다 높은 굴절률을 갖는 결정질 실리콘(c-Si), 비균질 실리콘(a-Si) 또는 폴리실리콘(poly-Si) 중 어느 하나에 의해 구현될 수 있다.
일례로, 제2층(104)의 두께는, 제1층(102)과 제2층(104)을 구현하는 매질의 굴절률에 따라 제1층(102)의 두께의 5.0배 내지 7.7배로 구현될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 이격층(103)의 두께는, 제1층(102)과 제2층(104) 사이의 특정 거리에 해당하고, 제1층(102)의 두께의 0.7배 내지 1.6배로 구현될 수 있다.
또한, 이격층(103)의 두께는, 입사된 빛의 중심 파장의 0.020배 내지 0.027배로 구현될 수 있다.
일례로, 제1층(102)과 제2층(104)에 의해 형성된 구조적 이중층(structural double layer)은 1.1 μm 내지 2.5 μm의 파장을 갖는 근적외선 및 단적외선 영역에서, 0도 내지 60도의 입사각에 대해 편광방향에 관계없이 적외선 반사를 차단할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 무반사막(100)은 입사하는 빛의 파장이 1.1 μm 내지 2.1 μm인 주파수 대역에서 빛의 반사를 차단할 수 있다.
예를 들어, 상기 빛의 중심 파장은 입사하는 빛의 파장에 해당하는 1.1 μm 내지 2.1 μm인 주파수 대역의 중간 값에 해당될 수 있다.
일례로, 무반사막(100)은 결정질 실리콘 기판에 해당하는 기판(101) 상에 제1층(102)에 해당하는 산화실리콘이 50 nm의 두께로 형성되고, 이격층(103)에 해당하는 비균질 실리콘이 40 nm의 두께로 형성되며, 제2층(104)에 해당하는 산화실리콘이 260 nm의 두께로 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 무반사막(100)에서 제1층(102) 및 제2층(104)은 산화실리콘 외에도 1.40 내지 1.55의 굴절률을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
이때, 무반사막(100)에서 제1층(102), 이격층(103) 및 제2층(104)의 두께는 상기 상술한 비율에 기반하여 변경될 수 있다.
따라서, 본 발명은 광송수신기(optical transceiver), 변조기, 증폭기 등과 같이 광통신에 사용되는 실리콘 광기술(Silicon photonics technology) 산업에서 활용되는 광복합 소자(Photo Coupler)의 반사 손실을 줄이고, 에너지 전달성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 무반사막을 활용하여 실리콘 기반 적외선 센서에서 발생하는 반사로 인한 광량 손실을 줄이고, 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio, SNR)를 늘려 장치의 정확도 및 에너지 효율적 측면을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 무반사막을 활용하여 실리콘 기반 태양광 발전 소자에서 발생하는 가시광선의 반사로 인한 광량 손실을 감소시키고, 에너지 전달성을 향상시켜 태양광 발전의 효율성을 향상시킬 수 있다.
도 1b는 본 발명의 일실시예에 따른 게르마늄 기판 상의 무반사막을 예시한다.
도 1b를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 무반사막(110)은 게르마늄 기판(111), 제1층(112), 이격층(113) 및 제2층(114)을 포함한다.
일례로, 무반사막(110)은 제1 매질에 해당하는 공기와 제2 매질에 해당하는 기판(111) 사이에 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 무반사막(110)은 두 개의 매질 층 사이에 빛의 파장보다 두께가 얇은 층으로 이격시킴으로써 형성하는 구조적 이중층(structural double layer)을 통해 시공간 분산을 갖을 수 있고, 이를 활용한 무반사막 설계를 통해 게르마늄 기판을 활용하는 많은 장치의 성능 및 효율을 증가시킬 수 있다.
일례로, 무반사막(110)은 기판(111) 상에 위치하는 제1층(112), 제1층(112)과 특정 거리만큼 이격되어 제1층(112) 상에 위치하는 제2층(114) 및 제1층(112)과 제2층(114) 사이에서 특정 거리를 형성하는 이격층(113)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 기판(111)은 결정질 게르마늄(c-Ge) 또는 비균질 게르마늄(a-Ge) 중 어느 하나에 의해 구현된 게르마늄 기판을 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 제1층(112)과 제2층(114)은 구조적 이중층을 형성하고, 메타물질로서 구현될 수 있다.
또한, 이격층(113)은 제1층(112)과 제2층(114)을 구현하는 물질과 서로 다른 물질로 구현될 수 있다.
또한, 제1층(112), 이격층(113) 및 제2층(114)의 두께는 제1층(112), 이격층(113) 및 제2층(114)에 입사된 빛의 파장보다 작게 구현될 수 있다.
일례로, 제1층(112)과 제2층(114)에 의해 형성된 구조적 이중층(structural double layer)은 입사된 빛에 대한 전자기파 반응의 비국소성(nonlocality)을 활용하여 입사된 빛의 입사각에 따라 유효굴절률(effective refractive index)이 변하는 시공간분산(spatiotemporal dispersion)을 구현할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 제1층(112)과 제2층(114)은 기판(111)이 게르마늄 기판일 경우, 산화게르마늄(GeO2), 산화실리콘(SiO2), 플루오린화바륨(BaF2), 플루오린마그네슘(MgF2), 산화알루미늄(Al2O3) 또는 브로민화칼륨(KBr) 중 어느 하나에 의해 구현될 수 있다.
또한, 제1층(112)과 제2층(114)은 기판(111)이 게르마늄 기판일 경우, 1.3 내지 1.7의 굴절률을 갖는 유리 물질 또는 플라스틱 물질에 의해 구현될 수 있다.
일례로, 이격층(113)은 기판(111)이 게르마늄 기판일 경우, 1.3 내지 1.7의 굴절률보다 높은 굴절률을 갖는 결정질 게르마늄(c-Ge) 또는 비균질 게르마늄(a-Ge) 중 어느 하나에 의해 구현될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 제2층(114)의 두께는, 제1층(112)과 제2층(114)을 구현하는 매질의 굴절률(refractive index)에 따라 제1층(112)의 두께의 4.7배 내지 6.1배로 구현될 수 있다.
또한, 이격층(113)의 두께는, 제1층(112)과 제2층(114) 사이의 특정 거리에 해당하고, 제1층(112)의 두께의 0.52배 내지 0.75배로 구현될 수 있으며, 입사된 빛의 중심 파장인 3.1 μm의 0.018배 내지 0.021배로 구현될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 무반사막(110)은 결정질 게르마늄 기판에 해당하는 기판(111) 상에 제1층(112)에 해당하는 산화게르마늄(GeO2)이 90nm의 두께로 형성되고, 이격층(113)에 해당하는 비균질 게르마늄이 60nm의 두께로 형성되며, 제2층(114)에 해당하는 산화게르마늄이 490nm의 두께로 형성될 수 있다.
예를 들어, 무반사막(110)에서 제1층(112), 이격층(113) 및 제2층(114)의 두께는 상술한 비율에 기반하여 변경될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 무반사막(110)은 입사하는 빛의 파장이 2.0 μm내지 4.2 μm인 주파수 대역에서 빛의 반사를 차단할 수 있도록 형성될 수 있다.
예를 들어, 빛의 중심 파장은 입사하는 빛의 파장에 해당하는 2.0 μm내지 4.2 μm인 주파수 대역의 중간 값에 해당될 수 있다.
본 발명은 기판과 공기 사이에서 적외선영역의 광 주파수뿐만 아니라 빛의 입사각, 빛의 편광 상태에 관계없이 임피던스 정합을 이루어 빛, 전자기파 또는 적외선의 반사를 차단하는 무반사막을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 광통신, 적외선 렌즈 또는 적외선 센서 등의 실리콘 또는 게르마늄 물질을 활용하는 광기술 산업에서 적외선의 반사로 인한 에너지 손실을 입사각 변화와 관계없이 제어하여 적외선 에너지 전달성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 무반사막을 활용하여 게르마늄 기반 태양광 발전 소자에서 발생하는 가시광선의 반사로 인한 광량 손실을 감소시키고, 에너지 전달성을 향상시켜 태양광 발전의 효율성을 향상시킬 수 있다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 기판 상에 무반사막의 적외선 반사율을 종래 기술과 비교하여 설명하는 도면이다.
보다 구체적으로, 도 2a 및 도 2b는 실리콘 기판 상에 종래의 기술에 따른 이상적인 1/4파장 무반사막(Quarter wave Anti-Reflectional, QAR)이 형성되었을 때의 반사율을 설명하고, 도 2c 및 도 2d는 실리콘 기판 상에 본 발명의 일실시예에 따른 무반사막이 형성되었을 때의 반사율을 설명한다.
도 2a 내지 도 2d를 참고하면, 그래프(200), 그래프(210), 그래프(220) 및 그래프(230)의 가로변수는 입사각을 나타낼 수 있고, 세로변수는 파장을 나타낼 수 있으며, 입사각, 파장 및 편광 변화에 따른 반사 정도를 나타낼 수 있다.
그래프(200)와 그래프(210)는 이상적인 1/4파장 무반사막의 효과를 나타낼 수 있고, 그래프(220)와 그래프(230)는 본 발명의 일실시예에 따라 실리콘 기판 상에 형성된 무반사막의 효과를 나타낼 수 있다.
또한, 그래프(200)와 그래프(220)는 TE 편광의 빛에 대해서, 그래프(210)와 그래프(240)는 TM 편광의 빛에 대해서 무반사막의 효과를 나타낼 수 있다.
그래프(200) 및 그래프(210)와 그래프(220) 및 그래프(230)를 비교해보면, 이상적인 1/4파장 무반사막은 서로 다른 편광 방향의 빛에 대해서 파장의 변화 및 입사각의 변화에 따라 반사율이 큰 변화를 나타낼 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따라 실리콘 기판 상에 형성된 무반사막은 파장이 1.1 μm 내지 2.1 μm인 주파수 대역에서 60도 이하의 입사각으로 입사하는 빛에 대해서, 편광 방향, 파장의 변화, 및 입사각의 변화에 관계없이 일정하게 반사를 방지할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일실시예에 따라 실리콘 기판 상에 형성된 무반사막은 광통신 산업, 적외선 렌즈 및 기타 적외선 센서에 적용될 경우, 0.9 이하의 개구수(Numerical Aperture, NA)의 장비로부터 빛 에너지가 전달될 때, 실리콘에서 발생하는 반사로 인한 에너지 손실을 줄여 에너지 효율적 측면을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따라 실리콘 기판 상에 형성된 무반사막은 전달하는 빛 신호의 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio, SNR)를 늘려 장치의 정확도 측면을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따라 실리콘 기판 상에 형성된 무반사막은 적외선 대역을 활용하여 전기 에너지를 생성하는 태양발전 패널에 적용 시, 태양광의 반사를 방지하여 태양발전 패널의 에너지 손실도 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 다중층 무반사막 및 비균질 무반사막에 대비하여 무반사막의 두께가 파장대비 작으면서도 빛의 주파수, 입사각, 편광방향과 관계없이 시공간분산을 수행하는 무반사막을 설계하고, 무반사막이 요구되는 장비의 크기를 감소시킬 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 무반사막의 주사 전자 현미경 이미지를 설명하는 도면이다.
구체적으로, 도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 무반사막이 물리기상증착법(Physical Vapor Deposition, PVD)의 한 종류인 스퍼터(Sputter)를 활용하여 실리콘 기판 상에 형성될 시 주사 전자 현미경 이미지를 예시한다.
도 3a를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 무반사막(300)은 실리콘 기판(301) 상에 제1층(302)인 산화실리콘이 형성되고, 이격층(303)인 비균질 실리콘이 형성되며, 제2층(304)인 산화실리콘이 형성될 수 있다.
도 3b는 도 3a에서와 같이 형성된 무반사막(300)의 단층 이미지이며, 본 발명의 일실시예에 따른 무반사막(310)은 실리콘 기판(311) 상에 제1층(312)인 산화실리콘이 형성되고, 이격층(313)인 비균질 실리콘이 형성되며, 제2층(314)인 산화실리콘이 형성될 수 있다.
일례로, 무반사막(310)이 스퍼터(Sputter)를 활용하여 증착될 경우, 이격층(313)은 증착 두께에 따라 굴절률이 2.95 내지 3.45의 값을 가질 수 있다.
예를 들어, 무반사막(310)에 굴절률이 3.45의 값으로 주어지지 않을 경우, 제1층(312), 이격층(313), 제2층(314)의 두께는 변경될 수 있다.
일례로, 무반사막(310)에서 이격층(313)의 굴절률이 3.12의 값을 가지고, 제1층(312)인 산화실리콘이 41 nm의 두께로 형성되고, 이격층(313)인 비균질 실리콘이 65 nm의 두께로 형성되며, 제2층(314)인 산화실리콘이 309 nm의 두께로 형성될 수 있다.
이때, 실리콘 기판 상에 증착된 무반사막(310)은 입사하는 빛의 파장이 1.2 μm 내지 2.5 μm인 주파수 대역에서 빛의 반사를 차단할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따라 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition, CVD)을 활용하여 무반사막(310)이 증착될 경우, 제1층(312), 이격층(313) 및 제2층(314)은 보다 정밀하고 균일하게 증착이 가능하고, 보다 정확하게 굴절률을 예측할 수 있는 매질로 이격층(313)이 구현될 수 있다.
한편, 스퍼터(Sputter)를 통한 증착을 통해서도 다른 여러 증착법 대비 빠르고 대면적으로 증착이 가능한 장점을 가질 수 있다.
따라서, 본 발명은 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition, CVD) 또는 물리기상증착법(Physical Vapor Deposition, PVD)를 활용한 단순한 공정과정을 통해 대면적으로 무반사막을 구현하여, 비용이나 대량생산 측면에서 이점을 획득할 수 있다.
또한, 본 발명은 나방눈 구조 무반사막(moth-eye anti-reflection layer)과 같이 복잡한 구조로 인해 공정이 어려운 비균질 무반사막에 대비하여 화학기상증착 및 물리기상증착 방법을 활용한 단순한 매질층의 증착으로 구현될 수 있어 생산성이 향상된 무반사막을 제공할 수 있다.
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 일실시예에 따른 무반사막이 실리콘 기판 상에 형성되었을 때, 빛의 편광 방향, 파장의 변화 및 입사각의 변화에 따른 반사도를 설명하는 도면이다.
구체적으로, 도 4a 내지 도 4f는 실리콘 기판 상에 스퍼터(Sputter)로 증착한 무반사막을 형성함으로써, 파장이 1.2 μm 내지 2.5 μm인 주파수 대역에서 60도 이하의 입사각으로 입사하는 빛에 대해서, 편광 방향, 파장의 변화, 및 입사각의 변화에 관계없이 일정하게 반사를 방지할 수 있음을 설명한다.
도 4a 및 도 4b를 참고하면, 그래프(400)은 TE 편광의 빛에 대해서, 그래프(410)은 TM 편광의 빛에 대해서 실리콘 기판 상에 형성 되는 본 발명의 일실시예에 따른 무반사막의 반사 방지 효과를 나타낼 수 있다.
그래프(400) 및 그래프(410)의 가로변수는 입사각을 나타낼 수 있고, 세로변수는 파장을 나타낼 수 있으며, 입사각, 파장 및 편광 변화에 따른 반사 정도를 나타낼 수 있다.
도 4c 내지 도 4f를 참고하면, 그래프(420), 그래프(430), 그래프(440) 및 그래프(450)에서 지표(421), 지표(431), 지표(441) 및 지표(451)는 무반사막이 형성되지 않은 실리콘 기판에서 발생하는 반사도 측정값을 나타낼 수 있고, 지표(422), 지표(432), 지표(442) 및 지표(452)는 종래의 기술에 따른 이상적인 1/4파장 무반사막의 형성으로 인한 이론적인 반사도를 나타낼 수 있으며, 지표(423), 지표(433), 지표(443) 및 지표(453)는 본 발명의 일실시예에 따른 무반사막의 형성으로 인한 이론적인 반사도를 나타낼 수 있고, 지표(424), 지표(434), 지표(444) 및 지표(454)는 실리콘 기판 상에 스퍼터(Sputter)로 증착한 본 발명의 일실시예에 따른 무반사막을 형성함으로써 측정된 반사도를 나타낼 수 있다.
그래프(420)과 그래프(430)를 참고하면, 각 그래프의 가로변수는 입사각을 나타내고, 세로변수는 반사율을 나타내어, 1.5 μm 파장의 빛의 입사각 변화에 따른 반사 정도를 나타낼 수 있다.
그래프(420)는 TE 편광 방향에서의 반사도를 비교한 결과를 나타낼 수 있고, 그래프(430)는 TM 편광 방향에서의 반사도를 비교한 결과를 나타낼 수 있다.
그래프(440)과 그래프(450)를 참고하면, 각 그래프의 가로변수는 파장을 나타내고, 세로변수는 반사율을 나타내어, 특정 각도에서 빛의 파장 변화에 따른 반사 정도를 나타낼 수 있다.
그래프(440)는 빛이 계면의 수직 축으로부터 10도로의 입사각으로 입사했을 때의 반사도를 비교한 결과를 나타낼 수 있고, 이는 빛의 수직 입사를 대표할 수 있다.
그래프(450)는 빛이 계면의 수직 축으로부터 60도로의 입사각으로 입사했을 때의 반사도를 비교한 결과를 나타낼 수 있다.
그래프(440) 및 그래프(450)에서 반사도는 평균 반사도를 나타낼 수 있으며, 평균 반사도는 하기 [수학식 3]에 기반하여 결정될 수 있다.
[수학식 3]
수학식 3을 참고하면, R은 반사도를 나타낼 수 있고, TM은 TM파를 나타낼 수 있으며, TE는 TE파를 나타낼 수 있다.
즉, 본 발명의 일실시예에 따른 무반사막은 60도 이하의 입사각 범위에서 입사각의 변화와 관계없이 일정하게 반사를 방지할 수 있고, 종래의 기술인 1/4파장 무반사막에 대비하여 파장이 1.2 μm 내지 2.5 μm인 주파수 대역에서 일정하게 반사를 방지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 기판 상에 무반사막의 확장성을 설명하는 도면이다.
구체적으로, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 무반사막의 확장성을 설명하는 도면으로, 제1 층 및 제2 층의 두께와 이격층의 두께를 모두 비슷한 비율로 늘리거나 줄임으로써 무반사 효과가 작용하는 주파수 범위를 조정할 수 있다는 무반사막의 확장성을 설명하는 도면이다.
이때, 제1 층 및 제2 층으로 산화실리콘을 활용할 수 있고, 이격층으로 비균질 실리콘을 활용할 수 있으며, 비균질 실리콘의 굴절률은 스퍼터(Sputter)를 통한 증착으로 인한 굴절률 변화를 고려하지 않고 물질 자체의 굴절률인 3.44 내지 3.57의 값으로 설정할 수 있다.
그래프(500)에서 반사도는 빛이 수직으로 입사할 경우, 평균 반사도를 나타낼 수 있으며, 평균 반사도는 상기 [수학식 3]에 기반하여 결정될 수 있다.
그래프(500)를 참고하면, 지표(502)는 도 1a에서 설명된 무반사막이 스퍼터(Sputter)를 통한 증착을 고려하지 않고 결정질 실리콘 기판 상에 형성되었을 때의 이론적인 반사도에 해당할 수 있다.
일례로, 지표(502)에 상응하는 무반사막은 결정질 실리콘 기판 상에 제1 층인 산화실리콘이 50 nm의 두께로 형성되고, 이격층인 비균질 실리콘이 40 nm의 두께로 형성되며, 제2 층인 산화실리콘이 260 nm의 두께로 형성될 수 있다.
또한, 그래프(500)는 지표(502)에 상응하는 무반사막을 기준으로, 무반사막을 구성하는 제1층, 제2층의 두께와 이격층의 두께를 0.5배로 줄였을 경우에 해당하는 지표(501), 1.5배로 늘렸을 경우에 해당하는 지표(503), 2.0배로 늘렸을 경우에 해당하는 지표(504), 및 3.0배로 늘렸을 경우에 해당하는 지표(505)를 무반사막의 반사도로 나타낸다.
예를 들어, 무반사 효과가 작용하는 주파수 범위에 따라 이격층의 두께에 해당하는 특정 거리는 무반사 효과가 작용하는 중심 파장의 0.020배 내지 0.027배로 구현될 수 있다.
일례로, 지표(502)에 상응하는 무반사막의 작용 중심파장이 1.6 μm일 경우, 이격층의 두께에 해당하는 특정거리는 중심 파장의 0.025배인 40nm로 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 무반사막은 전자기파와 매질 사이의 상호작용 확장성(scalability)을 고려하여, 활용하는 매질 층의 굴절률이 크게 변하지 않는 주파수 대역에서 제1층 및 제2층의 두께와 이격층의 두께를 모두 동일한 비율로 늘리거나 줄임으로써 무반사 효과가 작용하는 주파수 범위를 조정할 수 있다.
또한, 본 발명은 실리콘 기판 상에 형성되는 본 발명의 일실시예에 따른 무반사막의 제1층 및 제2층의 두께와 이격층의 두께를 동일한 배율로 늘리거나 줄이고, 제1층과 제2층의 두께 비율 및 제1층의 두께와 이격층의 두께의 비율을 상기 기술한 범위 내에서 조절함으로써, 무반사 효과가 작용하는 주파수 범위에 맞는 무반사막을 형성할 수 있다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 일실시예에 따른 게르마늄 기판 상에 무반사막의 적외선 반사율 및 확장성을 설명하는 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일실시예에 따른 무반사막이 게르마늄 기판에 형성될 경우, 2.0 μm 내지 4.0 μm의 파장을 갖는 빛의 파장 변화 및 입사각 변화에 따른 반사도를 나타낼 수 있다.
도 6a 및 도 6b를 참고하면, 그래프(600) 및 그래프(610)에서, 반사도는 평균 반사도를 나타낼 수 있으며, 평균 반사도는 상기 [수학식 3]에 기반하여 결정될 수 있다.
그래프(600) 및 그래프(610)를 참고하면, 지표(601) 및 지표(611)은 무반사막이 형성되지 않은 게르마늄 기판에서 발생하는 이론적인 반사도를 나타낼 수 있고, 지표(602) 및 지표(612)는 종래의 기술에 따른 이상적인 1/4파장 무반사막의 형성으로 인한 이론적인 반사도를 나타낼 수 있며, 지표(603) 및 지표(613)은 본 발명의 일실시예에 따른 무반사막의 형성으로 인한 이론적인 반사도를 나타낼 수 있다.
여기서, 지표(603) 및 지표(613)은 도 1b에서 설명된 무반사막이 결정질 게르마늄 기판 상에 제1 층인 산화게르마늄이 90 nm의 두께로 형성되고, 이격층인 비균질 게르마늄이 60 nm의 두께로 형성되며, 제2 층인 산화게르마늄이 490 nm의 두께로 형성되었을 때의 반사도에 해당할 수 있다.
그래프(600)의 가로변수는 파장을 나타내고, 세로변수는 반사율을 나타내어, 빛이 수직으로 입사하는 경우 빛의 파장 변화에 따른 평균 반사 정도를 나타낼 수 있다.
또한, 그래프(610)의 가로변수는 입사각을 나타내고, 세로변수는 반사율을 나타내어, 3.1 μm 파장의 빛의 입사각 변화에 따른 평균 반사 정도를 나타낼 수 있다.
도 6c는 본 발명의 일실시예에 따른 게르마늄 기판 상의 무반사막의 확장성을 설명하는 도면으로, 지표(623)에 상응하는 무반사막의 제1층 및 제2층의 두께와 이격층의 두께를 모두 비슷한 비율로 늘리거나 줄임으로써 무반사 효과가 작용하는 주파수 범위를 조정될 수 있음을 설명한다.
도 6c를 참고하면, 그래프(620)는 반사도는 빛의 수직으로 입사할 경우, 평균 반사도를 나타낼 수 있으며, 평균 반사도는 상기 [수학식 3]에 기반하여 결정될 수 있다.
그래프(620)를 참고하면, 지표(621)은 지표(603) 및 지표(613)에 상응하는 무반사막을 나타내며, 지표(621)의 무반사막을 기준으로, 제1층 및 제2층의 두께와 이격층의 두께를 0.5배로 줄인 경우에 해당하는 지표(622) 및 1.5배로 늘인 경우에 해당하는 지표(623)를 나타낸다.
일례로, 무반사 효과가 작용하는 주파수 범위에 따라 이격층의 두께에 해당하는 특정 거리는 무반사 효과가 작용하는 중심 파장의 0.018배 내지 0.021배로 구현될 수 있다.
예를 들어, 무반사막의 작용 중심파장이 3.1μm일 경우, 이격층의 두께는 중심 파장의 0.019배인 60nm로 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명은 다중층 무반사막 또는 비균질 무반사막과 같이 막의 두께가 파장 대비 큰 무반사막에 대비하여 막의 두께가 얇으면서도 입사되는 빛, 전자기파, 가시광선 또는 적외선의 입사각 및 주파수에 관계없이 반사를 억제할 수 있다.
또한, 본 발명은 태양광의 입사각 변화와 관계없이 효율적으로 태양광을 수집하여 태양광 발전의 효율성을 향상시킬 수 있다.
즉, 본 발명은 무반사막을 활용하여 태양광 발전 소자에서 발생하는 가시광선의 반사로 인한 광량 손실을 감소시키고, 에너지 전달성을 향상시켜 태양광 발전의 효율성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 500nm 내지 5000nm 파장대의 가시광선 영역과 적외선 영역에서 실리콘 기판 또는 게르마늄 기판에 대해 만능 임피던스 정합을 이루는 무반사막을 설계할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 무반사막의 형성 방법을 설명하는 도면이다.
도 7을 참고하면, 단계(701)에서 본 발명의 일실시예에 따른 무반사막의 형성 방법은 기판 상에 제1층을 형성한다.
즉, 무반사막의 형성 방법은 물리기상증착법(Physical Vapor Deposition, PVD)의 한 종류인 스퍼터를 활용하여 기판 상에 제1층을 증착 형성한다.
예를 들어, 무반사막의 형성 방법은 실리콘 기판일 경우, 산화실리콘(SiO2), 플루오린화바륨(BaF2), 브로민화칼륨(KBr), 또는 1.40 내지 1.55의 굴절률을 갖는 유리 물질 혹은 플라스틱 물질 중 어느 하나를 이용하여 제1층을 형성할 수 있다.
한편, 무반사막의 형성 방법은 게르마늄 기판일 경우, 산화게르마늄(GeO2), 산화실리콘(SiO2), 플루오린화바륨(BaF2), 플루오린마그네슘(MgF2), 산화알루미늄(Al2O3), 브로민화칼륨(KBr), 또는 1.3 내지 1.7의 굴절률을 갖는 유리 물질 혹은 플라스틱 물질 중 어느 하나를 이용하여 제1층을 형성할 수 있다.
단계(702)에서 본 발명의 일실시예에 따른 무반사막의 형성 방법은 제1층 상에 이격층을 형성한다.
즉, 무반사막의 형성 방법은 물리기상증착법(Physical Vapor Deposition, PVD)의 한 종류인 스퍼터를 활용하여 제1층 상에 특정 거리에 해당하는 두께로 이격층을 형성할 수 있다.
예를 들어, 무반사막의 형성 방법은 기판이 실리콘 기판일 경우, 결정질 실리콘(c-Si), 비균질 실리콘(a-Si) 또는 폴리실리콘(poly-Si) 중 어느 하나를 이용하여 이격층을 형성할 수 있다.
한편, 무반사막의 형성 방법은 기판이 게르마늄 기판일 경우, 결정질 게르마늄(c-Ge) 또는 비균질 게르마늄(a-Ge) 중 어느 하나를 이용하여 이격층을 형성할 수 있다.
단계(703)에서 본 발명의 일실시예에 따른 무반사막의 형성 방법은 제1층과 특정 거리만큼 이격하여 제2층을 형성한다.
즉, 물리기상증착법(Physical Vapor Deposition, PVD)의 한 종류인 스퍼터를 활용하여 이격층 상에 제1층과 이격층의 두께만큼 이격하여 제1층 및 이역층 상에 제2층을 형성한다.
예를 들어, 무반사막의 형성 방법은 실리콘 기판일 경우, 산화실리콘(SiO2), 플루오린화바륨(BaF2) 브로민화칼륨(KBr), 또는 1.40 내지 1.55의 굴절률을 갖는 유리 물질 혹은 플라스틱 물질 중 어느 하나를 이용하여 제2층을 형성할 수 있다.
한편, 무반사막의 형성 방법은 게르마늄 기판일 경우, 산화게르마늄(GeO2), 산화실리콘(SiO2), 플루오린화바륨(BaF2), 플루오린마그네슘(MgF2), 산화알루미늄(Al2O3), 브로민화칼륨(KBr), 또는 1.3 내지 1.7의 굴절률을 갖는 유리 물질 혹은 플라스틱 물질 중 어느 하나를 이용하여 제2층을 형성할 수 있다.
상술한 구체적인 실시 예들에서, 발명에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시 예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다.
그러나, 단수 또는 복수의 표현은 설명의 편의를 위해 제시한 상황에 적합하게 선택된 것으로서, 상술한 실시 예들이 단수 또는 복수의 구성 요소에 제한되는 것은 아니며, 복수로 표현된 구성 요소라 하더라도 단수로 구성되거나, 단수로 표현된 구성 요소라 하더라도 복수로 구성될 수 있다.
한편 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 다양한 실시 예들이 내포하는 기술적 사상의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 무반사막 101: 실리콘 기판
102: 제1층 103: 이격층
104: 제2층 110: 무반사막
111: 게르마늄 기판 112: 제1층
113: 이격층 114: 제2층
102: 제1층 103: 이격층
104: 제2층 110: 무반사막
111: 게르마늄 기판 112: 제1층
113: 이격층 114: 제2층
Claims (16)
- 기판 상에 위치하는 제1층;
상기 제1층과 특정 거리만큼 이격되어 상기 제1층 상에 위치하는 제2층; 및
상기 제1층과 상기 제2층 사이에서 상기 특정 거리를 형성하는 이격층을 포함하고,
상기 제1층 및 상기 제2층은, 구조적 이중층(structural double layer)을 형성하고, 메타물질(meta material)로서 구현되며,
상기 이격층은, 상기 제1층과 상기 제2층을 구현하는 물질의 굴절률보다 높은 굴절률을 갖는 물질로 구현되고,
상기 제1층, 상기 제2층 및 상기 이격층의 두께는, 상기 제1층, 상기 제2층 및 상기 이격층에 입사된 빛의 파장보다 작게 구현되며,
상기 형성된 구조적 이중층(structural double layer)은, 상기 입사된 빛에 대한 전자기파 반응의 비국소성(nonlocality)을 활용하여 상기 입사된 빛의 입사각에 따라 유효굴절률(effective refractive index)이 변하는 시공간분산(spatiotemporal dispersion)을 구현하고,
상기 기판은, 결정질 실리콘(c-Si), 비균질 실리콘(a-Si), 폴리실리콘(poly-Si), 결정질 게르마늄(c-Ge), 또는 비균질 게르마늄(a-Ge) 중 어느 하나를 포함하는
무반사막. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 제1층 및 상기 제2층은, 상기 기판이 상기 실리콘 기판일 경우, 산화실리콘(SiO2), 플루오린화바륨(BaF2), 브로민화칼륨(KBr), 또는 1.40 내지 1.55의 굴절률을 갖는 유리 물질 혹은 플라스틱 중 어느 하나에 의해 구현되고,
상기 이격층은, 상기 기판이 상기 실리콘 기판일 경우, 상기 제 1층 및 상기 제 2층을 구현하는 물질의 굴절률보다 높은 굴절률을 갖는 상기 결정질 실리콘(c-Si), 상기 비균질 실리콘(a-Si) 또는 상기 폴리실리콘(poly-Si) 중 어느 하나에 의해 구현되는
무반사막. - 제3항에 있어서,
상기 제2층의 두께는, 상기 제1층과 상기 제2층을 구현하는 매질의 굴절률에 따라 상기 제1층의 두께의 5.0배 내지 7.7배로 구현되고,
상기 이격층의 두께는, 상기 특정 거리에 해당하고, 상기 제1층의 두께의 0.7배 내지 1.6배로 구현되는
무반사막. - 제3항에 있어서,
상기 이격층의 두께는, 상기 특정 거리에 해당하고, 상기 입사된 빛의 중심 파장 의 0.020배 내지 0.027배로 구현되는
무반사막. - 제1항에 있어서,
상기 형성된 구조적 이중층(structural double layer)은, 상기 기판이 상기 실리콘 기판일 경우, 1.1 μm 내지 2.5 μm의 파장을 갖는 근적외선 및 단적외선 영역에서, 0도 내지 60도의 입사각에 대해 편광방향에 관계없이 적외선 반사를 차단하는
무반사막. - 제1항에 있어서,
상기 제1층 및 상기 제2층은, 상기 기판이 상기 게르마늄 기판일 경우, 산화게르마늄(GeO2), 산화실리콘(SiO2), 플루오린화바륨(BaF2), 플루오린마그네슘(MgF2), 산화알루미늄(Al2O3), 브로민화칼륨(KBr), 또는 1.3 내지 1.7의 굴절률을 갖는 유리 물질 혹은 플라스틱 물질 중 어느 하나에 의해 구현되고,
상기 이격층은, 상기 기판이 상기 게르마늄 기판일 경우, 상기 제 1층 및 상기 제 2층을 구현하는 물질의 굴절률보다 높은 굴절률을 갖는 상기 결정질 게르마늄(c-Ge) 또는 상기 비균질 게르마늄(a-Ge) 중 어느 하나에 의해 구현되는
무반사막. - 제7항에 있어서,
상기 제2층의 두께는, 상기 제1층과 상기 제2층을 구현하는 매질의 굴절률에 따라 상기 제1층의 두께의 4.7배 내지 6.1배로 구현되고,
상기 이격층의 두께는, 상기 특정 거리에 해당하고, 상기 제1층의 두께의 0.52배 내지 0.75배로 구현되는
무반사막. - 제7항에 있어서,
상기 이격층의 두께는, 상기 특정 거리에 해당하고, 상기 입사된 빛의 중심 파장인 3.1 μm의 0.018배 내지 0.021배로 구현되는
무반사막. - 제1항에 있어서,
상기 제1층, 상기 제2층 및 상기 이격층은, 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition, CVD) 및 물리기상증착법(Physical Vapor Deposition, PVD)을 활용한 대면적 증착에 기반하여 구현되는
무반사막. - 제1항에 있어서,
상기 제1층, 상기 제2층 및 상기 이격층의 두께는 전자기파와 매질 사이의 상호작용 확장성(scalability)를 고려하여, 상기 매질의 굴절률을 유지하는 주파수 대역에서 동일한 비율로 조절되는
무반사막. - 제11항에 있어서,
상기 형성된 구조적 이중층(structural double layer)은, 500 nm 내지 5000 nm 파장대의 가시광선과 적외선 영역에서, 만능 임피던스 정합을 이루어 상기 입사된 빛의 주파수, 입사각 또는 편광 방향 중 적어도 어느 하나와 무관하게 상기 기판과 공기 사이에서 상기 입사된 빛의 반사를 차단하는
무반사막. - 결정질 실리콘(c-Si), 비균질 실리콘(a-Si) 또는 폴리실리콘(poly-Si) 중 어느 하나에 의해 구현된 실리콘 기판 또는 결정질 게르마늄(c-Ge) 또는 비균질 게르마늄(a-Ge) 중 어느 하나에 의해 구현된 게르마늄 기판 중 어느 하나로 기판을 형성하는 단계;
상기 기판 상에 제1층을 형성하는 단계;
상기 형성된 제1층 상에 특정 거리에 해당하는 두께로 이격층을 형성하는 단계; 및
상기 제1층과 상기 특정 거리만큼 이격하여 상기 제1층 및 상기 이격층 상에 제2층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 제1층 및 상기 제2층은, 구조적 이중층(structural double layer)을 형성하고, 메타물질(meta material)로서 구현되며,
상기 이격층은, 상기 제1층과 상기 제2층을 구현하는 물질의 굴절률보다 높은 굴절률을 갖는 물질로 구현되고,
상기 제1층, 상기 제2층 및 상기 이격층의 두께는, 상기 제1층, 상기 제2층 및 상기 이격층에 입사된 빛의 파장보다 작게 구현되며,
상기 형성된 구조적 이중층(structural double layer)은, 상기 입사된 빛에 대한 전자기파 반응의 비국소성(nonlocality)을 활용하여 상기 입사된 빛의 입사각에 따라 유효굴절률(effective refractive index)이 변하는 시공간분산(spatiotemporal dispersion)을 구현하는
무반사막의 형성 방법. - 삭제
- 제13항에 있어서,
상기 기판 상에 제1층을 형성하는 단계는,
상기 기판이 상기 실리콘 기판일 경우, 산화실리콘(SiO2), 플루오린화바륨(BaF2), 브로민화칼륨(KBr), 또는 1.40 내지 1.55의 굴절률을 갖는 유리 물질 혹은 플라스틱 물질 중 어느 하나를 이용하여 상기 제1층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 형성된 제1층 상에 특정 거리에 해당하는 두께로 이격층을 형성하는 단계는,
상기 기판이 상기 실리콘 기판일 경우, 상기 제 1층 및 상기 제2층을 구현하는 물질의 굴절률보다 높은 굴절률을 갖는 상기 결정질 실리콘(c-Si), 상기 비균질 실리콘(a-Si) 또는 상기 폴리실리콘(poly-Si) 중 어느 하나를 이용하여 상기 이격층을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 제1층과 상기 특정 거리만큼 이격하여 상기 제1층 및 상기 이격층 상에 제2층을 형성하는 단계는,
상기 기판이 상기 실리콘 기판일 경우, 상기 산화실리콘(SiO2), 상기 플루오린화바륨(BaF2), 상기 브로민화칼륨(KBr), 또는 상기 1.40 내지 1.55의 굴절률을 갖는 유리 물질 혹은 플라스틱 물질 중 어느 하나를 이용하여 상기 제2층을 형성하는 단계를 포함하는
무반사막의 형성 방법. - 제13항에 있어서,
상기 기판 상에 제1층을 형성하는 단계는,
상기 기판이 상기 게르마늄 기판일 경우, 산화게르마늄(GeO2), 산화실리콘(SiO2), 플루오린화바륨(BaF2), 플루오린마그네슘(MgF2), 산화알루미늄(Al2O3), 브로민화칼륨(KBr), 또는 1.3 내지 1.7의 굴절률을 갖는 유리 물질 혹은 플라스틱 물질 중 어느 하나를 이용하여 상기 제1층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 형성된 제1층 상에 특정 거리에 해당하는 두께로 이격층을 형성하는 단계는,
상기 기판이 상기 게르마늄 기판일 경우, 상기 제1층 및 상기 제2층을 구현하는 물질의 굴절률보다 높은 굴절률을 갖는 상기 결정질 게르마늄(c-Ge) 또는 상기 비균질 게르마늄(a-Ge) 중 어느 하나를 이용하여 상기 이격층을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 제1층과 상기 특정 거리만큼 이격하여 상기 제1층 및 상기 이격층 상에 제2층을 형성하는 단계는,
상기 기판이 상기 게르마늄 기판일 경우, 상기 산화게르마늄(GeO2), 산화실리콘(SiO2), 상기 플루오린화바륨(BaF2), 상기 플루오린마그네슘(MgF2), 상기 산화알루미늄(Al2O3), 상기 브로민화칼륨(KBr), 또는 상기 1.3 내지 1.7의 굴절률을 갖는 유리 물질 혹은 플라스틱 물질 중 어느 하나를 이용하여 상기 제2층을 형성하는 단계를 포함하는
무반사막의 형성 방법.
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| KR1020200040516A KR102370709B1 (ko) | 2020-04-02 | 2020-04-02 | 만능 임피던스 정합을 이용한 실리콘 기판 또는 게르마늄 기판 상의 무반사막 및 그 형성 방법 |
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| KR1020200040516A KR102370709B1 (ko) | 2020-04-02 | 2020-04-02 | 만능 임피던스 정합을 이용한 실리콘 기판 또는 게르마늄 기판 상의 무반사막 및 그 형성 방법 |
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| KR (1) | KR102370709B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20230161696A (ko) | 2022-05-19 | 2023-11-28 | 고려대학교 산학협력단 | 가시광선 및 근적외선의 파장대역에서 입사각도 및 편광상태에 관계없이 반사를 방지하는 무반사막, 무반사막 실리콘 광 검출기 및 이의 제조 방법 |
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| CN115267961B (zh) * | 2022-08-25 | 2024-05-24 | 济南大学 | 一种基于有效介质理论的超薄彩色滤光片及制备方法 |
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|---|---|---|---|---|
| KR100752658B1 (ko) * | 2006-02-28 | 2007-08-29 | 삼성전자주식회사 | 폴리실리콘을 이용한 반사방지구조를 구비하는고체촬상소자 및 그 제조방법 |
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| JPH1010303A (ja) * | 1996-06-24 | 1998-01-16 | Topcon Corp | 赤外反射防止膜 |
| KR20130047634A (ko) * | 2011-10-28 | 2013-05-08 | 호야 가부시키가이샤 | 반사 방지막 및 광학 소자 |
| KR101347629B1 (ko) | 2012-09-21 | 2014-01-07 | 고려대학교 산학협력단 | 무반사막, 및 무반사막 형성 방법 |
| KR101624489B1 (ko) | 2015-06-15 | 2016-05-26 | 한국표준과학연구원 | 공기와 표면플라즈마 공명기 사이의 임피던스를 정합시키기 위하여 메타물질에 기반한 무반사코팅을 이용한 적외선 광검출기 |
| KR102094192B1 (ko) * | 2018-09-07 | 2020-04-23 | 고려대학교 산학협력단 | 무반사막 및 그 형성 방법 |
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