چگونه ویفرهای سیلیکون کاربید اثر رنگین کمان را سرکوب می کنند

کاربید سیلیکون به لطف ضریب شکست فوق‌العاده بالای خود (≥2.6)، یک راه‌حل فیزیکی اساسی برای از بین بردن «اثر رنگین کمان» در ساختارهای موجبر نوری ارائه می‌کند. این پدیده زمانی به وجود می آید که نور محیط از یک موجبر AR عبور می کند. زوایای پراش با توجه به طول موج متفاوت است و باعث پراکندگی می شود که نور سفید را به طیف رنگین کمان تقسیم می کند. ضریب شکست بالای کاربید سیلیکون به دو روش کلیدی این چالش را برطرف می کند:

ضریب شکست بالای آن انعطاف‌پذیری بیشتری در طراحی ایجاد می‌کند و امکان استفاده از دوره‌های توری ریزتر را فراهم می‌کند. هنگامی که دوره توری به مقیاس نانو کاهش می یابد، زوایای پراش نور محیط به طور قابل توجهی افزایش می یابد - اغلب نور را به خارج از محدوده درک چشم انسان منتقل می کند - در نتیجه دید نور پراکنده حواس را از نظر بصری کاهش می دهد.

از دیدگاه اپتیک موج، بردار فازی که توسط یک گریتینگ به نور فرودی داده می‌شود، نسبت مستقیم با طول موج و نسبت معکوس با دوره توری دارد. در نتیجه، یک دوره کوچکتر منجر به زاویه انحراف بزرگتر برای نور پراکنده می شود. برای برخورد نور در زوایای بزرگ، یک دوره توری بسیار کوچک باعث می‌شود که نور پراش شده به خارج از ناحیه حلقوی فضای K موجبر که از حالت‌های هدایت‌شونده پشتیبانی می‌کند، جابجا شود و در نتیجه میدان دید موثر را محدود می‌کند. بنابراین دستیابی به میدان دید وسیع با انتقال تمام رنگی در یک سیستم یکپارچه مستلزم پرهیز از دوره‌های بسیار کوچک توری است.

مزیت کاربید سیلیکون (SiC) در کاهش 'اثر رنگین کمان' اساساً از انعطاف‌پذیری طراحی ناشی از ضریب شکست بالای آن ناشی می‌شود. ساختارهای با ضریب شکست بالا، طول موج موثر نور را فشرده می‌کنند و دوره‌های توری بسیار کوچک‌تری را امکان‌پذیر می‌سازند - به عنوان مثال، یک دوره 300 نانومتری روی یک بستر SiC قابل دستیابی است، در حالی که معمولاً 500 نانومتر در زیرلایه‌های شیشه‌ای معمولی مورد نیاز است. در یک زاویه تابش ثابت، این اثر فشرده سازی دوره ای به طور قابل ملاحظه ای واریانس زاویه پراکندگی در طول موج های مختلف را کاهش می دهد. داده های تجربی نشان می دهد که در محدوده نور مرئی 400-700 نانومتر، گریتینگ های مبتنی بر SiC تقریباً 40٪ واریانس زاویه پراکندگی کمتری نسبت به آنهایی که از مواد معمولی ساخته شده اند، نشان می دهند. از طریق طراحی بهینه شده، نور سرگردان که مسئول جلوه رنگین کمان است را می توان به دور از محدوده قابل مشاهده چشم انسان هدایت کرد و به طور موثر ظاهر مصنوعات رنگین کمان را سرکوب کرد.

علاوه بر این، تحقیقات نشان می‌دهد که استفاده از طرحی حاوی بستر SiC همراه با ساختار لایه نازک چند لایه SiO2/TiO2/ITO می‌تواند به طور موثر بازتاب نور مرئی را در سطح لنز کاهش دهد و در نتیجه انتقال نور را افزایش دهد. از یک طرف، ساختار چند لایه انحراف رنگ ناشی از انعکاس نور را به حداقل می رساند و به طور غیر مستقیم اثر رنگین کمان را کاهش می دهد. از سوی دیگر، ساختار لایه نازک چندلایه نور آبی را مسدود می‌کند، که به کاهش اثر رنگین کمان نیز کمک می‌کند – زیرا نور آبی طول موج کوتاه‌تری دارد و بیشتر مستعد پراکندگی است، که علت اصلی اثر رنگین کمان است.

سختی استثنایی و پایداری شیمیایی کاربید سیلیکون، آن را برای فرآیندهای دقیقی مانند لیتوگرافی نانوامپرنت و لیتوگرافی پرتو الکترونی مناسب می‌سازد، و ساخت ساختارهای گریتینگ زیر میکرون را با دقت بالا برای حل مشکل اثر رنگین کمان ممکن می‌سازد.

منبع: xiamenzhongxinjingyan