Bagaimana Wafer Silikon Karbida Menekan Efek Pelangi

Berkat indeks biasnya yang sangat tinggi (≥2.6), silikon karbida menawarkan solusi fisik mendasar untuk menghilangkan “efek pelangi” dalam struktur pandu gelombang optik. Fenomena ini muncul ketika cahaya sekitar melewati pandu gelombang AR; Sudut difraksi bervariasi menurut panjang gelombang, menyebabkan dispersi yang membagi cahaya putih menjadi spektrum pelangi. Indeks bias silikon karbida yang tinggi mengatasi tantangan ini dengan dua cara utama:

Indeks biasnya yang tinggi memberikan fleksibilitas desain yang lebih besar, sehingga memungkinkan penggunaan periode kisi yang lebih halus. Ketika periode kisi dikurangi menjadi skala nano, sudut difraksi cahaya sekitar meningkat secara signifikan—seringkali menggeser cahaya di luar jangkauan persepsi mata manusia—sehingga secara visual mengurangi visibilitas cahaya difraksi yang mengganggu.

Dari perspektif optik gelombang, vektor fase yang diberikan oleh kisi pada cahaya datang berbanding lurus dengan panjang gelombang dan berbanding terbalik dengan periode kisi; akibatnya, periode yang lebih kecil menghasilkan sudut defleksi yang lebih besar untuk cahaya yang didifraksi. Untuk cahaya yang datang pada sudut besar, periode kisi yang terlalu kecil menyebabkan cahaya yang terdifraksi bergeser ke luar wilayah annular ruang-K pandu gelombang yang mendukung mode terpandu, sehingga membatasi bidang pandang efektif. Oleh karena itu, untuk mencapai bidang pandang yang luas dengan transmisi warna penuh dalam sistem monolitik, diperlukan menghindari periode kisi yang terlalu kecil.

Keuntungan silikon karbida (SiC) dalam memitigasi “efek pelangi” pada dasarnya berasal dari fleksibilitas desain yang dihasilkan oleh indeks biasnya yang tinggi. Struktur indeks bias tinggi memampatkan panjang gelombang cahaya efektif, sehingga memungkinkan periode kisi yang jauh lebih kecil—misalnya, periode 300 nm dapat dicapai pada substrat SiC, sedangkan 500 nm biasanya diperlukan pada substrat kaca konvensional. Pada sudut datang yang tetap, efek kompresi periode ini secara substansial mengurangi varians sudut dispersi pada panjang gelombang yang berbeda. Data eksperimen menunjukkan bahwa dalam rentang cahaya tampak 400–700 nm, kisi-kisi berbasis SiC menunjukkan varian sudut dispersi sekitar 40% lebih kecil dibandingkan kisi-kisi yang terbuat dari bahan konvensional. Melalui desain yang dioptimalkan, cahaya liar yang menyebabkan efek pelangi dapat diarahkan menjauhi jangkauan penglihatan mata manusia, sehingga secara efektif menekan tampilan artefak pelangi.

Selain itu, penelitian menunjukkan bahwa menggunakan desain yang menampilkan substrat SiC yang dikombinasikan dengan struktur film tipis multilayer SiO2/TiO2/ITO dapat secara efektif mengurangi pantulan cahaya tampak pada permukaan lensa, sehingga meningkatkan transmisi cahaya. Di satu sisi, struktur multilayer meminimalkan penyimpangan warna yang disebabkan oleh pantulan cahaya, dan secara tidak langsung mengurangi efek pelangi; di sisi lain, struktur film tipis berlapis-lapis menghalangi cahaya biru, yang juga membantu mengurangi efek pelangi—karena cahaya biru memiliki panjang gelombang yang lebih pendek dan lebih rentan terhadap dispersi, yang merupakan penyebab utama efek pelangi.

Kekerasan luar biasa dan stabilitas kimia silikon karbida membuatnya cocok untuk proses presisi seperti litografi nanoimprint dan litografi berkas elektron, memungkinkan pembuatan struktur kisi sub-mikron dengan presisi tinggi untuk mengatasi masalah efek pelangi.

Sumber: xiamenzhongxinjingyan