WO2020218698A1 - 광소자 및 그의 제조방법 - Google Patents

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장민석
한상준
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    • G02F2203/00—Function characteristic
    • G02F2203/24—Function characteristic beam steering

Definitions

  • the present invention relates to an optical device and a method for manufacturing the same, and more particularly, to an optical modulator and a method for manufacturing the same.
  • Optical elements that change transmission/reflection, polarization, phase, intensity, and path of incident light are used in various optical devices.
  • various structures of optical modulators have been proposed to control the above properties in a desired manner within an optical system.
  • a liquid crystal is used or a small mirror having a size of micro units is used.
  • a modulator using liquid crystal operates by applying an electrical or thermal signal.
  • a modulator using a liquid crystal adjusts the response to incident light by using the property that the alignment direction of the liquid crystal is determined according to a signal.
  • Modulators using small mirrors eg, DMDs: Digital mirror devices
  • the metasurface is an optical material with a thin thickness that changes the characteristics of incident light.
  • the meta-surface has an advantage of being able to reduce the size of an element to a size that is several tens of times smaller than a wavelength while showing improved modulation performance than conventional techniques using a liquid crystal or micro mirror.
  • core technologies such as flat-lens, micro-holography, lidar, and cloaking.
  • Graphene has good characteristics as a material constituting the meta surface.
  • the degree of modulation can be adjusted by applying an electrical signal. Since this method is a method of adjusting the Fermi energy of graphene, it is possible to obtain a faster modulation speed than the method using a liquid crystal used in the past.
  • Second, graphene plasmons are hundreds of times smaller than photons in free space. This is an important characteristic leading to miniaturization of the meta surface.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide an optical device having improved optical properties.
  • Another problem to be solved by the present invention is to provide a method of manufacturing an optical device with improved optical properties.
  • an optical device includes a lower electrode; An insulating layer on the lower electrode; Upper electrodes on the insulating layer; And variable conductivity patterns disposed adjacent to each of the upper electrodes on the insulating layer.
  • the upper electrodes include first and second electrodes alternately arranged, and a pitch between the first electrodes is the same as a pitch between the second electrodes, and between the first electrodes adjacent to each other.
  • the second electrode is disposed, a distance between one of the first electrodes adjacent to each other and the second electrode is a first distance, and a distance between the other of the first electrodes adjacent to each other and the second electrode is a second Distance, and the second distance may be different from the first distance.
  • an optical device includes a lower electrode; An insulating layer on the lower electrode; Upper electrodes on the insulating layer; And variable conductivity patterns disposed adjacent to each of the upper electrodes on the insulating layer.
  • the upper electrodes include first and second electrodes arranged alternately, and the variable conductivity patterns include first and second variable conductivity patterns disposed adjacent to the first and second electrodes, respectively.
  • the first and second electrodes have a first width equal to each other, each of the first variable conductivity patterns has a second width, and each of the second variable conductivity patterns is different from the second width. It can have a third width.
  • an optical device includes a lower electrode; An insulating layer on the lower electrode; Upper electrodes on the insulating layer; And variable conductivity patterns disposed adjacent to each of the upper electrodes on the insulating layer.
  • the upper electrodes include first and second electrodes arranged alternately, and the variable conductivity patterns include first and second variable conductivity patterns disposed adjacent to the first and second electrodes, respectively.
  • the first and second electrodes adjacent to each other are spaced apart by a first distance with the first variable conductivity pattern interposed therebetween, and the first and second electrodes adjacent to each other may form the second variable conductivity pattern. It is spaced apart by a second distance between them, and the second distance may be different from the first distance.
  • the optical device according to the present invention may adjust the phase while maintaining the amplitude of the mid-infrared reflected wave, or may adjust the amplitude while maintaining the phase of the mid-infrared reflected wave.
  • the amplitude and phase of the reflected wave can be independently adjusted.
  • the optical device according to the present invention can freely adjust the wavefront of mid-infrared rays.
  • the optical device of the present invention can be applied to a lens, a beam steering device for a lidar, ultra-wideband telecommunication, active heat radiation control, and the like.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an optical device according to embodiments of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line A-A' of FIG. 1.
  • FIG 3, 4, and 5 are perspective views illustrating a method of manufacturing an optical device according to embodiments of the present invention.
  • FIG. 6 is a perspective view showing an optical device according to embodiments of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line A-A' of FIG. 6.
  • FIG. 8 is a perspective view showing an optical device according to embodiments of the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along line A-A' of FIG. 8.
  • FIG. 10 is a perspective view showing an optical device according to embodiments of the present invention.
  • 11A and 11B are cross-sectional views taken along lines A-A' and B-B' of FIG. 10, respectively.
  • FIG. 12 is a perspective view showing an optical device according to embodiments of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an optical device according to embodiments of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line A-A' of FIG. 1.
  • an optical device may include a light modulator (LM).
  • the light modulator LM may include a substrate SUB, a lower electrode LEL, an insulating layer IL, upper electrodes UEL, and variable conductance patterns (GA).
  • the substrate SUB may include a semiconductor substrate such as a silicon substrate.
  • the lower electrode LEL may be provided on the substrate SUB.
  • the lower electrode LEL may have a flat plate shape.
  • the lower electrode LEL includes at least one of a metal material (eg, titanium, tantalum, tungsten, gold, silver, copper, or aluminum) and a conductive metal nitride (eg, titanium nitride or tantalum nitride). I can.
  • a ground voltage may be applied to the lower electrode LEL.
  • an additional layer eg, an insulating layer
  • An insulating layer IL may be provided on the lower electrode LEL.
  • the insulating layer IL may include a silicon oxide layer, a silicon nitride layer, or a silicon oxynitride layer.
  • the thickness of the insulating layer IL may be greater than the thickness of the lower electrode LEL.
  • Upper electrodes UEL may be provided on the insulating layer IL.
  • the upper electrodes UEL may include first electrodes EL1 and second electrodes EL2.
  • the upper electrodes UEL that is, the first and second electrodes EL1 and EL2, are a metal material (for example, titanium, tantalum, tungsten, gold, silver, copper, or aluminum) and a conductive metal nitride (for example, For example, it may include at least one of titanium nitride or tantalum nitride).
  • the first and second electrodes EL1 and EL2 may include the same conductive material.
  • the first and second electrodes EL1 and EL2 may extend parallel to each other in the first direction D1. From a plan view, the first and second electrodes EL1 and EL2 may have a line shape or a bar shape. The first and second electrodes EL1 and EL2 may be alternately arranged along the second direction D2. In other words, the second electrode EL2 may be disposed between the first electrodes EL1 adjacent to each other. The first electrode EL1 may be disposed between the second electrodes EL2 adjacent to each other.
  • Each of the first electrodes EL1 may have a first width W1.
  • Each of the second electrodes EL2 may also have a first width W1.
  • the first and second electrodes EL1 and EL2 may have substantially the same width.
  • the width of each of the first electrodes EL1 may be different from the width of each of the second electrodes EL2, and the shape shown in FIG. 2 is not particularly limited.
  • the pitch between the first electrodes EL1 may be the first pitch P1.
  • the pitch between the second electrodes EL2 may also be the first pitch P1.
  • the first electrodes EL1 may be arranged at intervals of the first pitch P1.
  • the second electrodes EL2 may also be arranged at intervals of the first pitch P1.
  • a distance between the first electrode EL1 and the second electrode EL2 adjacent thereto in the second direction D2 may be a first distance L1.
  • a distance between the second electrode EL2 and the first electrode EL1 adjacent thereto in the second direction D2 may be a second distance L2.
  • the second distance L2 may be greater than the first distance L1.
  • the second electrode EL2 between the first electrodes EL1 adjacent to each other may be disposed to be offset from a center point between the first electrodes EL1 adjacent to each other.
  • the distance between one of the first electrodes EL1 adjacent to each other and the second electrode EL2 is a first distance L1
  • the other one of the first electrodes EL1 and the second electrode may be the second distance L2.
  • the first voltage V1 may be commonly applied to the first electrodes EL1.
  • the second voltage V2 may be commonly applied to the second electrodes EL2.
  • the second voltage V2 may be different from the first voltage V1.
  • Variable conductivity patterns GA may be provided on the insulating layer IL.
  • the variable conductivity patterns GA may include first variable conductivity patterns GA1 and second variable conductivity patterns GA2.
  • the first and second variable conductivity patterns GA1 and GA2 may extend parallel to each other in the first direction D1. From a plan view, the first and second variable conductivity patterns GA1 and GA2 may have a line shape or a bar shape. The first and second variable conductivity patterns GA1 and GA2 may be alternately arranged along the second direction D2.
  • the first variable conductivity patterns GA1 may be disposed adjacent to sidewalls of the first electrodes EL1, respectively.
  • the second variable conductivity patterns GA2 may be disposed adjacent to sidewalls of the second electrodes EL2, respectively.
  • the first variable conductivity pattern GA1 may contact the first electrode EL1 adjacent thereto. In other words, the first variable conductivity pattern GA1 may be electrically connected to the first electrode EL1 adjacent thereto.
  • the second variable conductivity pattern GA2 may contact the second electrode EL2 adjacent thereto. In other words, the second variable conductivity pattern GA2 may be electrically connected to the second electrode EL2 adjacent thereto.
  • Each of the first variable conductivity patterns GA1 may have a second width W2.
  • Each of the second variable conductivity patterns GA2 may have a third width W3.
  • the third width W3 may be larger than the second width W2.
  • the second width W2 may be half of the first distance L1
  • the third width W3 may be half of the second distance L2.
  • variable conductivity patterns GA may be changed according to a voltage applied to the upper electrodes UEL.
  • the variable conductivity patterns GA may include graphene, Indium Tin Oxide (ITO), or Black Phosphorus.
  • ITO Indium Tin Oxide
  • the variable conductivity patterns GA may include a two-dimensional material having a single layer structure.
  • Graphene may have a monolayer structure or a multi-layer structure in which 2 to 10 layers are stacked.
  • Each of the variable conductivity patterns GA including graphene may have a two-dimensional structure.
  • variable conductivity patterns GA including graphene may form a meta surface using graphene plasmons.
  • the optical device may apply a first voltage V1 to the first electrodes EL1 and a second voltage V2 to the second electrodes EL2. Accordingly, different Fermi energies may be provided to the first variable conductivity patterns GA1 coupled to the first electrodes EL1 and the second variable conductivity patterns GA2 coupled to the second electrodes EL2. have.
  • the variable conductivity patterns GA include graphene
  • light may be modulated by controlling Fermi energy of graphene.
  • the optical device of the present invention may be designed such that the first and second electrodes EL1 and EL2 are alternately arranged with each other, thereby complementing two resonance characteristics.
  • the optical device of the present invention adjusts the phase while maintaining the amplitude of the mid-infrared reflected wave by properly combining the first voltage (V1) and the second voltage (V2), or adjusts the phase while maintaining the phase of the mid-infrared reflected wave. Can be adjusted.
  • the amplitude and phase of the reflected wave may be independently adjusted by adjusting the first voltage V1 and the second voltage V2.
  • the optical device according to the embodiments of the present invention can freely adjust the wavefront of mid-infrared rays. Accordingly, the optical device according to the embodiments of the present invention can be applied to a lens, a beam steering device for a lidar, an ultra-wideband telecommunication, active heat radiation control, and the like.
  • FIG 3, 4, and 5 are perspective views illustrating a method of manufacturing an optical device according to embodiments of the present invention.
  • a lower electrode LEL may be formed on a substrate SUB.
  • the lower electrode LEL may include at least one of a metal material and a conductive metal nitride.
  • a deposition process or a plating process may be used.
  • An insulating layer IL may be formed on the lower electrode LEL.
  • the insulating layer IL may include a silicon oxide layer, a silicon nitride layer, or a silicon oxynitride layer.
  • a vapor deposition process can be used to form the insulating film IL.
  • upper electrodes UEL may be formed on the insulating layer IL.
  • the upper electrodes UEL may include first electrodes EL1 and second electrodes EL2 that are alternately arranged.
  • forming the upper electrodes UEL includes forming an electrode layer on the insulating layer IL, and forming the first and second electrodes EL1 and EL2 by patterning the electrode layer. I can.
  • forming the upper electrodes UEL may include directly forming the first and second electrodes EL1 and EL2 on the insulating layer IL using a mask. The first and second electrodes EL1 and EL2 may be formed at the same time. Alternatively, after the first electrodes EL1 are formed, the second electrodes EL2 may be formed subsequently.
  • a variable conductivity layer GAL may be formed on the upper electrodes UEL.
  • forming the variable conductivity layer GAL may include performing a deposition process on the entire surface of the substrate SUB.
  • forming the variable conductivity layer GAL may include transferring the variable conductivity layer GAL onto the upper electrodes UEL.
  • variable conductivity patterns GA may be formed by patterning the variable conductivity layer GAL.
  • the variable conductivity patterns GA may include first and second variable conductivity patterns GA1 and GA2.
  • the first and second variable conductivity patterns GA1 and GA2 may be formed adjacent to sidewalls of the first and second electrodes EL1 and EL2, respectively.
  • FIG. 6 is a perspective view showing an optical device according to embodiments of the present invention.
  • 7 is a cross-sectional view taken along line A-A' of FIG. 6.
  • the first and second variable conductivity patterns GA1 and GA2 may have substantially the same width.
  • each of the first variable conductivity patterns GA1 may have a second width W2
  • each of the second variable conductivity patterns GA2 may also have a second width W2.
  • FIG. 8 is a perspective view showing an optical device according to embodiments of the present invention.
  • 9 is a cross-sectional view taken along line A-A' of FIG. 8.
  • detailed descriptions of technical features overlapping with the optical devices described with reference to FIGS. 1 and 2 will be omitted, and differences will be described in detail.
  • each of the first electrodes EL1 may have a first sidewall SW1 and a second sidewall SW2 facing the first sidewall SW1.
  • the second sidewall SW2 may be spaced apart from the first sidewall SW1 in the second direction D2.
  • Each of the second electrodes EL2 may have a first sidewall SW1 and a second sidewall SW2 facing the first sidewall SW1.
  • Each of the first variable conductivity patterns GA1 may be disposed between the first electrode EL1 and the first electrode EL1 and the second electrode EL2 adjacent in the second direction D2. In other words, the first variable conductivity pattern GA1 may be disposed between the second sidewall SW2 of the first electrode EL1 and the first sidewall SW1 of the second electrode EL2. The first variable conductivity pattern GA1 may be spaced apart from the second sidewall SW2 of the first electrode EL1 and may be spaced apart from the first sidewall SW1 of the second electrode EL2. In other words, the first variable conductivity patterns GA1 may be spaced apart from the first and second electrodes EL1 and EL2.
  • Each of the second variable conductivity patterns GA2 may be disposed between the second electrode EL2 and the second electrode EL2 and the first electrode EL1 adjacent in the second direction D2.
  • the second variable conductivity pattern GA2 may be disposed between the second sidewall SW2 of the second electrode EL2 and the first sidewall SW1 of the first electrode EL1.
  • the second variable conductivity pattern GA2 may be spaced apart from the second sidewall SW2 of the second electrode EL2 and may be spaced apart from the first sidewall SW1 of the first electrode EL1.
  • the second variable conductivity patterns GA2 may be spaced apart from the first and second electrodes EL1 and EL2.
  • FIG. 10 is a perspective view showing an optical device according to embodiments of the present invention.
  • 11A and 11B are cross-sectional views taken along lines A-A' and B-B' of FIG. 10, respectively.
  • detailed descriptions of technical features overlapping with the optical devices described with reference to FIGS. 1 and 2 will be omitted, and differences will be described in detail.
  • upper electrodes UEL may be provided on the insulating layer IL.
  • the upper electrodes UEL may include first electrodes EL1 and second electrodes EL2.
  • Each of the first and second electrodes EL1 and EL2 may have a pad shape.
  • each of the first and second electrodes EL1 and EL2 may have a polygonal shape (eg, a square).
  • the first and second electrodes EL1 and EL2 may be two-dimensionally arranged on the insulating layer IL.
  • the first and second electrodes EL1 and EL2 may be alternately arranged along the second direction D2. Further, the first and second electrodes EL1 and EL2 may be alternately arranged along the first direction D1.
  • four second electrodes EL2 may be disposed around one first electrode EL1.
  • the four second electrodes EL2 may be adjacent to the one first electrode EL1 in a first direction D1 and a second direction D2.
  • Four first electrodes EL1 may be disposed around one second electrode EL2.
  • the four first electrodes EL1 may be adjacent to the one second electrode EL2 in a first direction D1 and a second direction D2.
  • the first and second electrodes EL1 and EL2 may have substantially the same size as each other.
  • the first and second electrodes EL1 and EL2 may have substantially the same planar shape.
  • the first electrodes EL1 may be arranged at a first pitch P1 in a first direction D1 with each other.
  • the first electrodes EL1 may be arranged at a first pitch P1 in a second direction D2 with each other.
  • the second electrodes EL2 may be arranged at a first pitch P1 in a first direction D1 with each other.
  • the second electrodes EL2 may be arranged at a first pitch P1 in a second direction D2 with each other.
  • variable conductivity pattern GA may be provided on the insulating layer IL.
  • the variable conductivity pattern GA may have a grid shape.
  • the variable conductivity pattern GA includes first extension parts EP1 extending in a first direction D1, second extension parts EP2 extending in a first direction D1, and a second direction D2.
  • the third extension parts EP3 extending in the direction D2 and the fourth extension parts EP4 extending in the second direction D2 may be included.
  • the first and second extension parts EP1 and EP2 may be alternately arranged along the second direction D2.
  • the third and fourth extension parts EP3 and EP4 may be alternately arranged along the first direction D1.
  • Each of the first and third extension parts EP1 and EP3 may have a second width W2.
  • Each of the second and fourth extension parts EP2 and EP4 may have a third width W3.
  • the first extension part EP1, the second extension part EP2, the third extension part EP3, and the fourth extension part EP4 cross each other to define one opening OP.
  • the first electrode EL1 or the second electrode EL2 may be disposed in the opening OP.
  • FIG. 12 is a perspective view showing an optical device according to embodiments of the present invention.
  • FIGS. 1 and 2 detailed descriptions of technical features overlapping with the optical devices described with reference to FIGS. 1 and 2 will be omitted, and differences will be described in detail.
  • the substrate SUB under the lower electrode LEL may be omitted.
  • supports for supporting them may be disposed at both ends of the light modulator LM, and the active region of the light modulator LM shown in FIG. 12 may be suspended in the air. I can.
  • the lower electrode LEL according to the present embodiment may be an electrode capable of transmitting mid-infrared rays.
  • the lower electrode LEL may include a transparent conducting oxide (TCO).
  • Transparent conductive oxides include ITO (Indium tin oxide), FTO (F-doped tin oxide), ZnO (Zinc oxide), TiO2 (Titanium dioxide), GZO (Ga-doped zinc oxide), AZO (Al-doped zinc oxide). And it may be selected from the group consisting of a combination thereof.
  • the lower electrode LEL may include doped silicon.

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Abstract

본 발명은 광소자 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 하부 전극; 상기 하부 전극 상의 절연막; 상기 절연막 상의 상부 전극들; 및 상기 절연막 상에서, 상기 상부 전극들에 각각 인접하여 배치된 가변 전도도 패턴들 포함한다. 상기 상부 전극들은, 교번적으로 배열된 제1 및 제2 전극들을 포함하고, 상기 제1 전극들간의 피치는, 상기 제2 전극들간의 피치와 동일하며, 서로 인접하는 상기 제1 전극들 사이에 상기 제2 전극이 배치되고, 상기 서로 인접하는 제1 전극들 중 하나와 상기 제2 전극간의 거리는 제1 거리이고, 상기 서로 인접하는 제1 전극들 중 다른 하나와 상기 제2 전극간의 거리는 제2 거리이며, 상기 제2 거리는 상기 제1 거리와 다르다.

Description

광소자 및 그의 제조방법
본 발명은 광소자 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광 변조기 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
입사광의 투과/반사, 편광, 위상, 세기, 경로 등을 변경하는 광학 소자는 다양한 광학 장치에서 활용된다. 또한, 광학 시스템 내에서 원하는 방식으로 상기한 성질을 제어하기 위해 다양한 구조의 광 변조기들이 제시되고 있다.
종래의 파면 변조기는, 액정을 사용하거나 마이크로 단위의 크기를 가진 작은 거울을 사용하였다. 액정을 사용하는 변조기는, 전기적 혹은 열적 신호를 인가함으로써 동작한다. 액정을 사용하는 변조기는, 신호에 따라 액정의 정렬 방향이 결정되는 성질을 이용하여, 입사광에 대한 반응을 조절한다. 작은 거울을 사용하는 변조기(예를 들어, DMDs: Digital mirror devices)는, 마이크로 거울들의 방향을 각각 조절하여 입사광을 원하는 방향으로 반사시키는 원리를 이용한다.
메타표면은 입사광의 특징을 변화시키는, 얇은 두께를 가진 광학 물질이다. 메타표면은 액정이나 마이크로 거울을 사용하는 종래의 기술들보다 향상된 변조 성능을 보여주면서도 그 요소(element)의 크기를 파장보다 수십 배 작은 크기로 줄일 수 있는 이점이 있다. 또한 메타표면의 특성에 따라 원하는 형태의 반사광 혹은 투과광을 얻을 수 있기 때문에 평평한 렌즈(Flat-lens), 초소형 홀로그래피, 라이다(Lidar), 클로킹(Cloaking)등의 핵심 기술로 활발히 연구되고 있다.
그래핀은 메타표면을 구성하는 물질로서 좋은 특징들을 가지고 있다. 첫째, 인가된 전압에 의해 그 특성이 변한다. 그래핀을 이용한 메타표면을 구성하면 전기적 신호를 가하는 것으로 변조 정도를 조절할 수 있다. 이 방식은 그래핀의 페르미 에너지를 조정하는 방식이기 때문에, 기존에 사용되던 액정을 이용한 방식보다 빠른 변조 속도를 얻을 수 있다. 둘째, 그래핀 플라즈몬은 자유 공간의 광자보다 수 백 배 작은 크기를 가지고 있다. 이는 메타표면의 소형화로 이어지는 중요한 특성이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 광특성이 향상된 광소자를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 광특성이 향상된 광소자의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 개념에 따른, 광소자는, 하부 전극; 상기 하부 전극 상의 절연막; 상기 절연막 상의 상부 전극들; 및 상기 절연막 상에서, 상기 상부 전극들에 각각 인접하여 배치된 가변 전도도 패턴들 포함할 수 있다. 상기 상부 전극들은, 교번적으로 배열된 제1 및 제2 전극들을 포함하고, 상기 제1 전극들간의 피치는, 상기 제2 전극들간의 피치와 동일하며, 서로 인접하는 상기 제1 전극들 사이에 상기 제2 전극이 배치되고, 상기 서로 인접하는 제1 전극들 중 하나와 상기 제2 전극간의 거리는 제1 거리이고, 상기 서로 인접하는 제1 전극들 중 다른 하나와 상기 제2 전극간의 거리는 제2 거리이며, 상기 제2 거리는 상기 제1 거리와 다를 수 있다.
본 발명의 다른 개념에 따른, 광소자는, 하부 전극; 상기 하부 전극 상의 절연막; 상기 절연막 상의 상부 전극들; 및 상기 절연막 상에서, 상기 상부 전극들에 각각 인접하여 배치된 가변 전도도 패턴들 포함할 수 있다. 상기 상부 전극들은, 교번적으로 배열된 제1 및 제2 전극들을 포함하고, 상기 가변 전도도 패턴들은, 상기 제1 및 제2 전극들에 각각 인접하여 배치된 제1 및 제2 가변 전도도 패턴들을 포함하며, 상기 제1 및 제2 전극들은, 서로 동일한 제1 폭을 갖고, 각각의 상기 제1 가변 전도도 패턴들은 제2 폭을 가지며, 각각의 상기 제2 가변 전도도 패턴들은, 상기 제2 폭과 다른 제3 폭을 가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 개념에 따른, 광소자는, 하부 전극; 상기 하부 전극 상의 절연막; 상기 절연막 상의 상부 전극들; 및 상기 절연막 상에서, 상기 상부 전극들에 각각 인접하여 배치된 가변 전도도 패턴들 포함할 수 있다. 상기 상부 전극들은, 교번적으로 배열된 제1 및 제2 전극들을 포함하고, 상기 가변 전도도 패턴들은, 상기 제1 및 제2 전극들에 각각 인접하여 배치된 제1 및 제2 가변 전도도 패턴들을 포함하며, 서로 인접하는 상기 제1 및 제2 전극들은, 상기 제1 가변 전도도 패턴을 사이에 두고 제1 거리로 이격되고, 서로 인접하는 상기 제1 및 제2 전극들은, 상기 제2 가변 전도도 패턴을 사이에 두고 제2 거리로 이격되며, 상기 제2 거리는 상기 제1 거리와 다를 수 있다.
본 발명에 따른 광소자는, 중적외선 반사파의 진폭을 유지한 채 위상을 조절하거나, 또는 중적외선 반사파의 위상을 유지한 채 진폭을 조절할 수 있다. 다시 말하면, 중적외선이 본 발명에 따른 광 변조기에 입사할 때, 반사파의 진폭과 위상을 각각 독립적으로 조절할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 광소자는 중적외선의 파면을 자유롭게 조절할 수 있다. 본 발명의 광소자는, 렌즈, 라이다 용 빔 스티어링 소자, 초 광대역 원거리 통신, 능동 열 복사 제어 등에 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 광소자를 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A'선에 따른 단면도이다.
도 3, 도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 광소자의 제조 방법을 나타낸 사시도들이다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 광소자를 나타낸 사시도이다.
도 7은 도 6의 A-A'선에 따른 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 광소자를 나타낸 사시도이다.
도 9는 도 8의 A-A'선에 따른 단면도이다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 광소자를 나타낸 사시도이다.
도 11a 및 도 11b는 각각 도 10의 A-A'선 및 B-B'선에 따른 단면도들이다.
도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 광소자를 나타낸 사시도이다.
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 여러가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들의 설명을 통해 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 광소자를 나타낸 사시도이다. 도 2는 도 1의 A-A'선에 따른 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 광소자는 광 변조기(light modulator, LM)를 포함할 수 있다. 광 변조기(LM)는 기판(SUB), 하부 전극(LEL), 절연막(IL), 상부 전극들(UEL) 및 가변 전도도 패턴들(variable conductance pattern, GA)을 포함할 수 있다. 기판(SUB)은 실리콘 기판과 같은 반도체 기판을 포함할 수 있다.
기판(SUB) 상에 하부 전극(LEL)이 제공될 수 있다. 하부 전극(LEL)은 평판 형태(flat plate shape)를 가질 수 있다. 하부 전극(LEL)은 금속 물질(예를 들면, 티타늄, 탄탈늄, 텅스텐, 금, 은, 구리 또는 알루미늄) 및 도전성 금속 질화물(예를 들면, 티타늄 질화물 또는 탄탈늄 질화물) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 하부 전극(LEL)에는 접지 전압이 인가될 수 있다. 도시되진 않았지만, 기판(SUB)과 하부 전극(LEL) 사이에 추가적인 막(예를 들어, 절연막)이 개재될 수도 있다.
하부 전극(LEL) 상에 절연막(IL)이 제공될 수 있다. 절연막(IL)은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 또는 실리콘 산화질화막을 포함할 수 있다. 일 예로, 절연막(IL)의 두께는 하부 전극(LEL)의 두께보다 더 클 수 있다.
절연막(IL) 상에 상부 전극들(UEL)이 제공될 수 있다. 상부 전극들(UEL)은 제1 전극들(EL1) 및 제2 전극들(EL2)을 포함할 수 있다. 상부 전극들(UEL), 즉 제1 및 제2 전극들(EL1, EL2)은, 금속 물질(예를 들면, 티타늄, 탄탈늄, 텅스텐, 금, 은, 구리 또는 알루미늄) 및 도전성 금속 질화물(예를 들면, 티타늄 질화물 또는 탄탈늄 질화물) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 전극들(EL1, EL2)은 서로 동일한 도전성 물질을 포함할 수 있다.
제1 및 제2 전극들(EL1, EL2)은 제1 방향(D1)으로 서로 평행하게 연장될 수 있다. 평면적 관점에서, 제1 및 제2 전극들(EL1, EL2)은 라인 형태 또는 바 형태를 가질 수 있다. 제1 및 제2 전극들(EL1, EL2)은 제2 방향(D2)을 따라 교번적으로 배열될 수 있다. 다시 말하면, 서로 인접하는 제1 전극들(EL1) 사이에 제2 전극(EL2)이 배치될 수 있다. 서로 인접하는 제2 전극들(EL2) 사이에 제1 전극(EL1)이 배치될 수 있다.
각각의 제1 전극들(EL1)은 제1 폭(W1)을 가질 수 있다. 각각의 제2 전극들(EL2) 역시 제1 폭(W1)을 가질 수 있다. 다시 말하면, 제1 및 제2 전극들(EL1, EL2)은 서로 실질적으로 동일한 폭을 가질 수 있다. 본 발명의 다른 실시예로, 각각의 제1 전극들(EL1)의 폭은 각각의 제2 전극들(EL2)의 폭과 다를 수도 있으며, 도 2에 도시된 형태로 특별히 제한되는 것은 아니다.
제1 전극들(EL1)간의 피치는 제1 피치(P1)일 수 있다. 제2 전극들(EL2)간의 피치 역시 제1 피치(P1)일 수 있다. 다시 말하면, 제1 전극들(EL1)은 제1 피치(P1)의 간격으로 배열될 수 있다. 제2 전극들(EL2) 역시 제1 피치(P1)의 간격으로 배열될 수 있다.
제1 전극(EL1)과 이와 인접하는 제2 전극(EL2)간의 제2 방향(D2)으로의 거리는 제1 거리(L1)일 수 있다. 제2 전극(EL2)과 이와 인접하는 제1 전극(EL1)간의 제2 방향(D2)으로의 거리는 제2 거리(L2)일 수 있다. 제2 거리(L2)는 제1 거리(L1)보다 클 수 있다.
서로 인접하는 제1 전극들(EL1) 사이의 제2 전극(EL2)은, 상기 서로 인접하는 제1 전극들(EL1) 사이의 중심 지점에서 오프셋되어 배치될 수 있다. 상기 서로 인접하는 제1 전극들(EL1) 중 하나와 제2 전극(EL2) 사이의 거리는 제1 거리(L1) 이고, 상기 서로 인접하는 제1 전극들(EL1) 중 다른 하나와 제2 전극(EL2) 사이의 거리는 제2 거리(L2)일 수 있다.
제1 전극들(EL1)에 공통적으로 제1 전압(V1)이 인가될 수 있다. 제2 전극들(EL2)에 공통적으로 제2 전압(V2)이 인가될 수 있다. 제2 전압(V2)은 제1 전압(V1)과 다를 수 있다.
절연막(IL) 상에 가변 전도도 패턴들(GA)이 제공될 수 있다. 가변 전도도 패턴들(GA)은 제1 가변 전도도 패턴들(GA1) 및 제2 가변 전도도 패턴들(GA2)을 포함할 수 있다.
제1 및 제2 가변 전도도 패턴들(GA1, GA2)은 제1 방향(D1)으로 서로 평행하게 연장될 수 있다. 평면적 관점에서, 제1 및 제2 가변 전도도 패턴들(GA1, GA2)은 라인 형태 또는 바 형태를 가질 수 있다. 제1 및 제2 가변 전도도 패턴들(GA1, GA2)은 제2 방향(D2)을 따라 교번적으로 배열될 수 있다.
제1 가변 전도도 패턴들(GA1)은 제1 전극들(EL1)의 측벽들에 각각 인접하여 배치될 수 있다. 제2 가변 전도도 패턴들(GA2)은 제2 전극들(EL2)의 측벽들에 각각 인접하여 배치될 수 있다. 제1 가변 전도도 패턴(GA1)은, 그와 인접하는 제1 전극(EL1)과 접촉할 수 있다. 다시 말하면, 제1 가변 전도도 패턴(GA1)은 그와 인접하는 제1 전극(EL1)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 가변 전도도 패턴(GA2)은, 그와 인접하는 제2 전극(EL2)과 접촉할 수 있다. 다시 말하면, 제2 가변 전도도 패턴(GA2)은 그와 인접하는 제2 전극(EL2)과 전기적으로 연결될 수 있다.
각각의 제1 가변 전도도 패턴들(GA1)은 제2 폭(W2)을 가질 수 있다. 각각의 제2 가변 전도도 패턴들(GA2)은 제3 폭(W3)을 가질 수 있다. 제3 폭(W3)은 제2 폭(W2)보다 클 수 있다. 일 예로, 제2 폭(W2)은 제1 거리(L1)의 절반일 수 있고, 제3 폭(W3)은 제2 거리(L2)의 절반일 수 있다.
가변 전도도 패턴들(GA)은 상부 전극들(UEL)에 인가되는 전압에 따라 그의 전도도가 변화될 수 있다. 일 예로, 가변 전도도 패턴들(GA)은 그래핀(graphene), 인듐 주석 산화물(ITO; Indium Tin Oxide) 또는 흑린(Black Phosphorus)을 포함할 수 있다. 바람직하기로, 가변 전도도 패턴들(GA)은 단일 층 구조를 갖는 이차원 물질을 포함할 수 있다.
그래핀은 단일 층 구조(monolayer), 또는 2 내지 10의 층들이 적층된 다층 구조(multi-layer)를 가질 수 있다. 그래핀을 포함하는 가변 전도도 패턴들(GA) 각각은 이차원 구조를 가질 수 있다. 일 예로 그래핀을 포함하는 가변 전도도 패턴들(GA)은, 그래핀 플라즈몬을 이용한 메타 표면을 구성할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 광소자는, 제1 전극들(EL1)에 제1 전압(V1)을 인가하고, 제2 전극들(EL2)에 제2 전압(V2)을 인가할 수 있다. 이로써, 제1 전극들(EL1)에 결합된 제1 가변 전도도 패턴들(GA1)과 제2 전극들(EL2)에 결합된 제2 가변 전도도 패턴들(GA2)에 서로 다른 페르미 에너지가 제공될 수 있다. 일 예로 가변 전도도 패턴들(GA)이 그래핀을 포함할 경우, 그래핀의 페르미 에너지를 조절하여 광을 변조할 수 있다.
본 발명의 광소자는, 제1 및 제2 전극들(EL1, EL2)이 서로 교번적으로 배열됨으로써, 두 가지 공진 특성이 상호 보완되도록 설계될 수 있다. 본 발명의 광소자는, 제1 전압(V1)과 제2 전압(V2)을 적절히 조합함으로써, 중적외선 반사파의 진폭을 유지한 채 위상을 조절하거나, 또는 중적외선 반사파의 위상을 유지한 채 진폭을 조절할 수 있다. 다시 말하면, 중적외선이 본 발명의 광 변조기(LM)에 입사할 때, 제1 전압(V1)과 제2 전압(V2)을 조절하여 반사파의 진폭과 위상을 각각 독립적으로 조절할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 광소자는 중적외선의 파면을 자유롭게 조절할 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들에 따른 광소자는, 렌즈, 라이다 용 빔 스티어링 소자, 초 광대역 원거리 통신, 능동 열 복사 제어 등에 적용될 수 있다.
도 3, 도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 광소자의 제조 방법을 나타낸 사시도들이다.
도 3을 참조하면, 기판(SUB) 상에 하부 전극(LEL)이 형성될 수 있다. 하부 전극(LEL)은 금속 물질 및 도전성 금속 질화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 하부 전극(LEL)을 형성하는 것은, 증착 공정 또는 도금 공정을 이용할 수 있다.
하부 전극(LEL) 상에 절연막(IL)이 형성될 수 있다. 절연막(IL)은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 또는 실리콘 산화질화막을 포함할 수 있다. 절연막(IL)을 형성하는 것은, 증착 공정을 이용할 수 있다.
도 4를 참조하면, 절연막(IL) 상에 상부 전극들(UEL)이 형성될 수 있다. 상부 전극들(UEL)은, 교번적으로 배열된 제1 전극들(EL1) 및 제2 전극들(EL2)을 포함할 수 있다.
일 예로, 상부 전극들(UEL)을 형성하는 것은, 절연막(IL) 상에 전극막을 형성하는 것, 및 상기 전극막을 패터닝하여 제1 및 제2 전극들(EL1, EL2)을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 다른 예로, 상부 전극들(UEL)을 형성하는 것은, 마스크를 이용하여 절연막(IL) 상에 제1 및 제2 전극들(EL1, EL2)을 직접 형성하는 것을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 전극들(EL1, EL2)은 동시에 형성될 수 있다. 또는, 제1 전극들(EL1)이 형성된 뒤, 이어서 제2 전극들(EL2)이 형성될 수도 있다.
도 5를 참조하면, 상부 전극들(UEL) 상에 가변 전도도 막(GAL)이 형성될 수 있다. 일 예로, 가변 전도도 막(GAL)을 형성하는 것은, 기판(SUB)의 전면 상에 증착 공정을 수행하는 것을 포함할 수 있다. 다른 예로, 가변 전도도 막(GAL)을 형성하는 것은, 가변 전도도 막(GAL)을 상부 전극들(UEL) 상에 전사하는 것을 포함할 수 있다.
도 1 및 도 2를 다시 참조하면, 가변 전도도 막(GAL)을 패터닝하여 가변 전도도 패턴들(GA)이 형성될 수 있다. 가변 전도도 패턴들(GA)은 제1 및 제2 가변 전도도 패턴들(GA1, GA2)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 가변 전도도 패턴들(GA1, GA2)은, 제1 및 제2 전극들(EL1, EL2)의 측벽들에 각각 인접하게 형성될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 광소자를 나타낸 사시도이다. 도 7은 도 6의 A-A'선에 따른 단면도이다. 본 실시예에서는, 앞서 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 광소자와 중복되는 기술적 특징에 대한 상세한 설명은 생략하고, 차이점에 대해 상세히 설명한다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 제1 및 제2 가변 전도도 패턴들(GA1, GA2)은 서로 실질적으로 동일한 폭을 가질 수 있다. 예를 들어, 각각의 제1 가변 전도도 패턴들(GA1)은 제2 폭(W2)을 가질 수 있고, 각각의 제2 가변 전도도 패턴들(GA2) 역시 제2 폭(W2)을 가질 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 광소자를 나타낸 사시도이다. 도 9는 도 8의 A-A'선에 따른 단면도이다. 본 실시예에서는, 앞서 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 광소자와 중복되는 기술적 특징에 대한 상세한 설명은 생략하고, 차이점에 대해 상세히 설명한다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 각각의 제1 전극들(EL1)은 제1 측벽(SW1) 및 제1 측벽(SW1)에 대향하는 제2 측벽(SW2)을 가질 수 있다. 제2 측벽(SW2)은 제1 측벽(SW1)과 제2 방향(D2)으로 이격될 수 있다. 각각의 제2 전극들(EL2)은 제1 측벽(SW1) 및 제1 측벽(SW1)에 대향하는 제2 측벽(SW2)을 가질 수 있다.
각각의 제1 가변 전도도 패턴들(GA1)은, 제1 전극(EL1) 및 제1 전극(EL1)과 제2 방향(D2)으로 인접하는 제2 전극(EL2) 사이에 배치될 수 있다. 다시 말하면, 제1 가변 전도도 패턴(GA1)은, 제1 전극(EL1)의 제2 측벽(SW2)과 제2 전극(EL2)의 제1 측벽(SW1) 사이에 배치될 수 있다. 제1 가변 전도도 패턴(GA1)은, 제1 전극(EL1)의 제2 측벽(SW2)과 이격될 수 있고, 제2 전극(EL2)의 제1 측벽(SW1)과도 이격될 수 있다. 다시 말하면, 제1 가변 전도도 패턴들(GA1)은 제1 및 제2 전극들(EL1, EL2)과 이격될 수 있다.
각각의 제2 가변 전도도 패턴들(GA2)은, 제2 전극(EL2) 및 제2 전극(EL2)과 제2 방향(D2)으로 인접하는 제1 전극(EL1) 사이에 배치될 수 있다. 다시 말하면, 제2 가변 전도도 패턴(GA2)은, 제2 전극(EL2)의 제2 측벽(SW2)과 제1 전극(EL1)의 제1 측벽(SW1) 사이에 배치될 수 있다. 제2 가변 전도도 패턴(GA2)은, 제2 전극(EL2)의 제2 측벽(SW2)과 이격될 수 있고, 제1 전극(EL1)의 제1 측벽(SW1)과도 이격될 수 있다. 다시 말하면, 제2 가변 전도도 패턴들(GA2)은 제1 및 제2 전극들(EL1, EL2)과 이격될 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 광소자를 나타낸 사시도이다. 도 11a 및 도 11b는 각각 도 10의 A-A'선 및 B-B'선에 따른 단면도들이다. 본 실시예에서는, 앞서 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 광소자와 중복되는 기술적 특징에 대한 상세한 설명은 생략하고, 차이점에 대해 상세히 설명한다.
도 10, 도 11a 및 도 11b를 참조하면, 절연막(IL) 상에 상부 전극들(UEL)이 제공될 수 있다. 상부 전극들(UEL)은 제1 전극들(EL1) 및 제2 전극들(EL2)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 전극들(EL1, EL2) 각각은 패드 형태를 가질 수 있다. 평면적 관점에서, 제1 및 제2 전극들(EL1, EL2) 각각은 다각형 형태(예를 들어, 사각형)를 가질 수 있다.
제1 및 제2 전극들(EL1, EL2)은 절연막(IL) 상에서 2차원적으로 배열될 수 있다. 제1 및 제2 전극들(EL1, EL2)은 제2 방향(D2)을 따라 교번적으로 배열될 수 있다. 또한, 제1 및 제2 전극들(EL1, EL2)은 제1 방향(D1)을 따라 교번적으로 배열될 수 있다.
예를 들어, 하나의 제1 전극(EL1)의 주위에 네 개의 제2 전극들(EL2)이 배치될 수 있다. 상기 네 개의 제2 전극들(EL2)은 상기 하나의 제1 전극(EL1)과 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)으로 인접할 수 있다. 하나의 제2 전극(EL2)의 주위에 네 개의 제1 전극들(EL1)이 배치될 수 있다. 상기 네 개의 제1 전극들(EL1)은 상기 하나의 제2 전극(EL2)과 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)으로 인접할 수 있다.
제1 및 제2 전극들(EL1, EL2)은 서로 실질적으로 동일한 크기를 가질 수 있다. 제1 및 제2 전극들(EL1, EL2)은 서로 실질적으로 동일한 평면적 형태를 가질 수 있다.
제1 전극들(EL1)은 서로 제1 방향(D1)으로 제1 피치(P1)로 배열될 수 있다. 제1 전극들(EL1)은 서로 제2 방향(D2)으로 제1 피치(P1)로 배열될 수 있다. 제2 전극들(EL2)은 서로 제1 방향(D1)으로 제1 피치(P1)로 배열될 수 있다. 제2 전극들(EL2)은 서로 제2 방향(D2)으로 제1 피치(P1)로 배열될 수 있다.
절연막(IL) 상에 가변 전도도 패턴(GA)이 제공될 수 있다. 가변 전도도 패턴(GA)은 그리드(grid) 형태를 가질 수 있다. 구체적으로, 가변 전도도 패턴(GA)은 제1 방향(D1)으로 연장되는 제1 연장부들(EP1), 제1 방향(D1)으로 연장되는 제2 연장부들(EP2), 제2 방향(D2)으로 연장되는 제3 연장부들(EP3) 및 제2 방향(D2)으로 연장되는 제4 연장부들(EP4)을 포함할 수 있다.
제1 및 제2 연장부들(EP1, EP2)은 제2 방향(D2)을 따라 교번적으로 배열될 수 있다. 제3 및 제4 연장부들(EP3, EP4)은 제1 방향(D1)을 따라 교번적으로 배열될 수 있다. 제1 및 제3 연장부들(EP1, EP3) 각각은 제2 폭(W2)을 가질 수 있다. 제2 및 제4 연장부들(EP2, EP4) 각각은 제3 폭(W3)을 가질 수 있다.
제1 연장부(EP1), 제2 연장부(EP2), 제3 연장부(EP3) 및 제4 연장부(EP4)가 서로 교차하여, 하나의 오프닝(OP)을 정의할 수 있다. 오프닝(OP) 내에 제1 전극(EL1) 또는 제2 전극(EL2)이 배치될 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 광소자를 나타낸 사시도이다. 본 실시예에서는, 앞서 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 광소자와 중복되는 기술적 특징에 대한 상세한 설명은 생략하고, 차이점에 대해 상세히 설명한다.
본 발명의 광 변조기(LM)는, 하부 전극(LEL) 아래의 기판(SUB)이 생략될 수 있다. 예를 들어, 도시되진 않았지만, 광 변조기(LM)의 양 단에 이를 지지하는 지지체가 배치될 수 있고, 도 12에 도시된 광 변조기(LM)의 활성 영역은 공중에 부양되게(suspended) 배치될 수 있다.
본 실시예의 하부 전극(LEL)은 중적외선을 투과시킬 수 있는 전극일 수 있다. 일 예로, 하부 전극(LEL)은 투명 전도성 산화물(transparent conducting oxide, TCO)을 포함할 수 있다. 투명 전도성 산화물은, ITO(Indium tin oxide), FTO(F-doped tin oxide), ZnO(Zinc oxide), TiO2(Titanium dioxide), GZO(Ga-doped zinc oxide), AZO (Al-doped zinc oxide) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 다른 예로, 하부 전극(LEL)은 도핑된 실리콘을 포함할 수 있다.

Claims (20)

  1. 하부 전극;
    상기 하부 전극 상의 절연막;
    상기 절연막 상의 상부 전극들; 및
    상기 절연막 상에서, 상기 상부 전극들에 각각 인접하여 배치된 가변 전도도 패턴들 포함하되,
    상기 상부 전극들은, 교번적으로 배열된 제1 및 제2 전극들을 포함하고,
    상기 제1 전극들간의 피치는, 상기 제2 전극들간의 피치와 동일하며,
    서로 인접하는 상기 제1 전극들 사이에 상기 제2 전극이 배치되고,
    상기 서로 인접하는 제1 전극들 중 하나와 상기 제2 전극간의 거리는 제1 거리이고,
    상기 서로 인접하는 제1 전극들 중 다른 하나와 상기 제2 전극간의 거리는 제2 거리이며,
    상기 제2 거리는 상기 제1 거리와 다른 광소자.
  2. 제1항에 있어서,
    가변 전도도 패턴들은 그래핀(graphene), 인듐 주석 산화물(ITO; Indium Tin Oxide) 또는 흑린(Black Phosphorus)을 포함하는 광소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가변 전도도 패턴들은, 상기 제1 및 제2 전극들에 각각 인접하여 배치된 제1 및 제2 가변 전도도 패턴들을 포함하는 광소자.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 가변 전도도 패턴들 각각은, 상기 제1 전극의 일 측에 직접 접하고,
    상기 제2 가변 전도도 패턴들 각각은, 상기 제2 전극의 일 측에 직접 접하는 광소자.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 가변 전도도 패턴들 각각은, 그와 인접하는 상기 제2 전극과 이격되고,
    상기 제2 가변 전도도 패턴들 각각은, 그와 인접하는 상기 제1 전극과 이격되는 광소자.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제1 가변 전도도 패턴들 각각은, 그와 인접하는 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 모두와 이격되고,
    상기 제2 가변 전도도 패턴들 각각은, 그와 인접하는 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 모두와 이격되는 광소자.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극들은, 서로 동일한 제1 폭을 갖고,
    각각의 상기 제1 가변 전도도 패턴들은, 제2 폭을 가지며,
    각각의 상기 제2 가변 전도도 패턴들은, 상기 제2 폭과 다른 제3 폭을 갖는 광소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 하부 전극은 평판 형태를 갖는 광소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 상부 전극들은 제1 방향으로 연장되는 라인 형태를 갖고,
    상기 가변 전도도 패턴들은, 상기 상부 전극들을 따라 상기 제1 방향으로 연장되는 광소자.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극들에 공통적으로 제1 전압이 인가되고,
    상기 제2 전극들에 공통적으로 제2 전압이 인가되며,
    상기 제2 전압은 상기 제1 전압과 다른 광소자.
  11. 하부 전극;
    상기 하부 전극 상의 절연막;
    상기 절연막 상의 상부 전극들; 및
    상기 절연막 상에서, 상기 상부 전극들에 각각 인접하여 배치된 가변 전도도 패턴들 포함하되,
    상기 상부 전극들은, 교번적으로 배열된 제1 및 제2 전극들을 포함하고,
    상기 가변 전도도 패턴들은, 상기 제1 및 제2 전극들에 각각 인접하여 배치된 제1 및 제2 가변 전도도 패턴들을 포함하며,
    상기 제1 및 제2 전극들은, 서로 동일한 제1 폭을 갖고,
    각각의 상기 제1 가변 전도도 패턴들은 제2 폭을 가지며,
    각각의 상기 제2 가변 전도도 패턴들은, 상기 제2 폭과 다른 제3 폭을 갖는 광소자.
  12. 제11항에 있어서,
    서로 인접하는 상기 제1 및 제2 전극들은, 상기 제1 가변 전도도 패턴을 사이에 두고 제1 거리로 이격되고,
    서로 인접하는 상기 제1 및 제2 전극들은, 상기 제2 가변 전도도 패턴을 사이에 두고 제2 거리로 이격되며,
    상기 제1 거리와 상기 제2 거리는 서로 다른 광소자.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제1 전극들간의 피치는, 상기 제2 전극들간의 피치와 동일한 광소자.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 상부 전극들은 제1 방향으로 연장되는 라인 형태를 갖고,
    상기 가변 전도도 패턴들은, 상기 상부 전극들을 따라 상기 제1 방향으로 연장되는 광소자.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극들은, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 교번적으로 배열되는 광소자.
  16. 하부 전극;
    상기 하부 전극 상의 절연막;
    상기 절연막 상의 상부 전극들; 및
    상기 절연막 상에서, 상기 상부 전극들에 각각 인접하여 배치된 가변 전도도 패턴들 포함하되,
    상기 상부 전극들은, 교번적으로 배열된 제1 및 제2 전극들을 포함하고,
    상기 가변 전도도 패턴들은, 상기 제1 및 제2 전극들에 각각 인접하여 배치된 제1 및 제2 가변 전도도 패턴들을 포함하며,
    서로 인접하는 상기 제1 및 제2 전극들은, 상기 제1 가변 전도도 패턴을 사이에 두고 제1 거리로 이격되고,
    서로 인접하는 상기 제1 및 제2 전극들은, 상기 제2 가변 전도도 패턴을 사이에 두고 제2 거리로 이격되며,
    상기 제2 거리는 상기 제1 거리와 다른 광소자.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 전극들간의 피치는, 상기 제2 전극들간의 피치와 동일한 광소자.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극들은, 서로 동일한 제1 폭을 갖고,
    각각의 상기 제1 가변 전도도 패턴들은, 제2 폭을 가지며,
    각각의 상기 제2 가변 전도도 패턴들은, 상기 제2 폭과 다른 제3 폭을 갖는 광소자.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 상부 전극들은 제1 방향으로 연장되는 라인 형태를 갖고,
    상기 가변 전도도 패턴들은, 상기 상부 전극들을 따라 상기 제1 방향으로 연장되는 광소자.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 제1 가변 전도도 패턴들 각각은, 상기 제1 전극의 일 측에 직접 접하고,
    상기 제2 가변 전도도 패턴들 각각은, 상기 제2 전극의 일 측에 직접 접하는 광소자.
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