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Jun 25, 2023

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Scientific Reports 6권, 기사 번호: 21818(2016) 이 기사 인용 4108 액세스 35 인용 5 Altmetric Metrics 세부 정보 광결정 재료는 주기적인 변조를 기반으로 합니다.

Scientific Reports 6권, 기사 번호: 21818(2016) 이 기사 인용

4108 액세스

35 인용

5 알트메트릭

측정항목 세부정보

광결정 물질은 빛의 파장과 비슷한 길이 규모의 유전 상수의 주기적인 변조를 기반으로 합니다. 이러한 물질은 포토닉 밴드 갭을 나타낼 수 있습니다. 상태 밀도의 고갈로 인해 전자기 복사의 전파가 금지되는 주파수 영역. 전체 밴드 갭을 나타내기 위해 3D PC는 결정 구조에 따라 임계 굴절률 대비를 제시해야 합니다. 소위 나무더미 광결정의 경우 이 임계값은 비교적 낮으며 직접 구조의 경우 약 1.9입니다. 따라서 실리콘, 게르마늄 또는 이산화티타늄과 같은 굴절률이 높은 재료로 만들어진 직접 또는 역방향 장작더미가 필요합니다. 여기에서는 다광자 리소그래피와 원자층 증착을 결합하여 폴리머 템플릿을 TiO2 기반 광결정으로 직접 반전시킬 수 있음을 보여줍니다. 얻은 구조는 거의 완벽한 정반사율, 검출 한계에 가까운 투과 딥 및 격자 상수와 비슷한 브래그 길이를 갖는 근적외선 영역에서 놀라운 광학 특성을 보여줍니다.

예를 들어 이산화티타늄1,2 및 실리콘3과 같은 고굴절률 재료로 만들어진 3차원 광결정(PC)이 연속 스퍼터링 및 전자 빔 패터닝 또는 오팔 템플릿4,5,6을 통해 제작되었음에도 불구하고 리소그래피 구조의 폴리머 템플릿은 대형 3차원 PC를 얻고 광학 회로 또는 장치9,10,11에 적용하기 위한 기능적 하위 단위를 내장하기 위한 특히 효과적인 전략인 것으로 보입니다. Tétreaultet al. 실리콘 이중 반전 기술을 사용하여 그러한 나무 더미 템플릿의 첫 번째 실리콘 복제물을 보고했습니다. SiO2 역목재 PC는 중간 구조로 사용되었으며 이후 고온 화학 기상 증착(CVD)을 사용하여 실리콘으로 침투되었습니다. 나중에 같은 그룹이 실리콘 역목재 PC 제조에 대해 보고했습니다. 이 경우, 실리콘 증착 공정 동안 로그 파일 구조를 보존하기 위해 템플릿의 폴리머 막대 주위에 SiO2 쉘이 증착되었습니다. 이러한 접근 방식과 관련 접근 방식을 통해 실리콘 중공 막대 목재 PC(13), 도파관(11), 하이퍼유니프롬(14) 및 약 1.54μm8 통신 파장의 완전한 밴드 갭 PC가 얻어졌습니다. 과거에 널리 사용되었던 또 다른 잘 알려진 고굴절률 물질은 티타니아(TiO2, 이산화티타늄)1,6,15 입니다. 실리콘에 비해 티타니아의 장점은 가시광선부터 중적외선 영역까지의 투명성과 화학적 습식 공정이 가능하다는 점입니다. 또한, 티타니아는 100°C 정도 또는 그 이하의 적당한 온도에서 증착될 수 있습니다. 이로 인해 티타니아는 구조적 악화를 초래하는 추가 침투 단계 없이 3차원 고분자 지지체에 직접 침투하는 데 특히 적합한 재료가 됩니다.

이 연구에서 우리는 티타니아 중공 채널 및 역목재 PC의 제작, 구조 및 광학적 특성을 제시합니다. 우리의 작업은 해당 분야에서 두 가지 주요 성과를 보고합니다. 첫째, 단일 침투 단계 공정에서 고굴절 목재 PC 제조에 대해 보고합니다. 이는 우리가 보여주듯이 구조 제작을 촉진하고 뛰어난 구조적 완전성과 표면 품질을 제공합니다. 둘째, 고굴절률 PC에서 브래그 길이 LB를 직접 측정하는 방법을 제시합니다. 브래그 길이는 소멸파가 PC 재료에 침투할 수 있는 길이 척도를 설정하므로 광 밴드 갭 재료의 특성화를 위한 핵심 매개변수입니다. 따라서 굴곡부나 공동과 같은 통합 구조적 특징의 설계에 대한 하한선도 설정됩니다. 후자는 크로스토킹이나 터널링을 방지하기 위해 여러 브래그 길이로 분리되어야 합니다. 브래그 길이의 중요성에도 불구하고 현재까지 문헌에 보고된 고굴절률 물질에 대한 실험 데이터는 거의 없습니다. 많은 연구에서는 해당 의사 간격 근처에 있는 저굴절률 재료의 경우 브래그 길이를 가지고 있습니다. 여기에서는 재료 제조 공정의 정밀도로 인해 12~32층 범위의 다양한 층 두께를 가진 고굴절률 광결정을 재현 가능하게 제조할 수 있음을 보여줍니다(하나의 단위 셀은 4개 층으로 구성됨). PC 레이어 두께의 함수로 투과 딥 최소값을 측정함으로써 특정 격자 방향에 대한 브래그 길이 LB를 직접 결정합니다.