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 ادراک چشم انسان منتقل می کند - و در نتیجه از دید بصری دید نور پراکنده حواس را کم می کند.

از دیدگاه اپتیک موج، بردار فازی که توسط یک گریتینگ به نور فرودی منتقل 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 تابش نور در زوایای بزرگ، یک دوره توری بسیار کوچک باعث می‌شود که نور پراکنده 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 دوره های رنده بسیار کوچک است.

مزیت کاربید سیلیکون (SiC) در کاهش 'اثر رنگین کمان' اساساً از انعطاف پذیری طراحی ناشی از ضریب شکست بالای آن ناشی می شود. ساختارهای با ضریب انکسار بالا، طول موج موثر نور را فشرده می‌کنند و دوره‌های توری به‌طور قابل‌توجهی کوچک‌تر را امکان‌پذیر می‌کنند – برای مثال، دوره ۳۰۰ نانومتری روی بستر SiC قابل دست‌یابی است، در حالی که معمولاً ۵۰۰ 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. داده‌های تجربی نشان می‌دهند که در محدوده نور مرئی 400 تا 700 نانومتر، گریتینگ‌های مبتنی بر SiC تقریباً 40٪ واریانس زاویه پراکندگی کمتری نسبت به موارد ساخته شده از مواد معمولی نشان می‌دهند. از طریق طراحی بهینه، نور سرگردان که مسئول جلوه رنگین کمان است را می توان به دور از محدوده مرئی چشم انسان هدایت کرد و به طور موثر جلوه 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 می کند، که همچنین به کاهش اثر رنگین کمان کمک می کند - زیرا نور آبی طول موج کوتاه تری 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 نانوامپرینت 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