เวเฟอร์ซิลิคอนคาร์ไบด์จะระงับเอฟเฟกต์สีรุ้งได้อย่างไร

ด้วยดัชนีการหักเหของแสงที่สูงเป็นพิเศษ (≥2.6) ซิลิคอนคาร์ไบด์จึงเป็นโซลูชันทางกายภาพขั้นพื้นฐานสำหรับการกำจัด 'เอฟเฟกต์สีรุ้ง' ในโครงสร้างท่อนำคลื่นแบบออปติคัล ปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นเมื่อแสงโดยรอบผ่านท่อนำคลื่น AR มุมการเลี้ยวเบนจะแตกต่างกันไปตามความยาวคลื่น ทำให้เกิดการกระจายตัวที่แยกแสงสีขาวออกเป็นสเปกตรัมสีรุ้ง ดัชนีการหักเหของแสงสูงของซิลิคอนคาร์ไบด์จัดการกับความท้าทายนี้ด้วยสองวิธีหลัก:

ดัชนีการหักเหของแสงสูงทำให้การออกแบบมีความยืดหยุ่นมากขึ้น ช่วยให้ใช้ช่วงตะแกรงที่ละเอียดยิ่งขึ้นได้ เมื่อระยะเวลาเกรตติงลดลงเหลือระดับนาโน มุมการเลี้ยวเบนของแสงโดยรอบจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก ซึ่งมักจะเปลี่ยนแสงไปนอกขอบเขตการรับรู้ของสายตามนุษย์ ดังนั้นจึงลดการมองเห็นของแสงที่เบี่ยงเบนความสนใจไป

จากมุมมองของทัศนศาสตร์คลื่น เวกเตอร์เฟสที่ส่งผ่านตะแกรงไปยังแสงตกกระทบจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความยาวคลื่นและเป็นสัดส่วนผกผันกับคาบตะแกรง ดังนั้น คาบที่สั้นลงส่งผลให้มุมโก่งของแสงที่เลี้ยวเบนมีขนาดใหญ่ขึ้น สำหรับแสงตกกระทบที่มุมกว้าง คาบเกรตติงที่น้อยเกินไปจะทำให้แสงที่เลี้ยวเบนเคลื่อนออกนอกขอบเขตวงแหวนของ K-space ของท่อนำคลื่นที่รองรับโหมดนำทาง ซึ่งจะจำกัดขอบเขตการมองเห็นที่มีประสิทธิภาพ การได้รับขอบเขตการมองเห็นที่กว้างพร้อมการส่งผ่านสีเต็มรูปแบบในระบบเสาหิน ดังนั้นจึงต้องหลีกเลี่ยงระยะเวลาการเกรตติ้งที่น้อยเกินไป

ข้อดีของซิลิกอนคาร์ไบด์ (SiC) ในการบรรเทา 'เอฟเฟกต์สีรุ้ง' โดยพื้นฐานแล้วมาจากความยืดหยุ่นในการออกแบบที่ได้จากดัชนีการหักเหของแสงที่สูง โครงสร้างดัชนีการหักเหของแสงสูงจะบีบอัดความยาวคลื่นที่มีประสิทธิภาพของแสง ซึ่งช่วยให้มีระยะเวลาการเกรตติ้งน้อยลงอย่างมาก ตัวอย่างเช่น สามารถทำได้ที่ 300 นาโนเมตรบนซับสเตรต SiC ในขณะที่โดยทั่วไปต้องใช้ 500 นาโนเมตรบนพื้นผิวแก้วทั่วไป ที่มุมตกกระทบคงที่ เอฟเฟกต์การบีบอัดคาบนี้จะช่วยลดความแปรปรวนของมุมการกระจายตัวในช่วงความยาวคลื่นต่างๆ ลงอย่างมาก ข้อมูลการทดลองระบุว่าภายในช่วงแสงที่มองเห็นได้ 400–700 นาโนเมตร ตะแกรงที่ใช้ SiC จะแสดงความแปรปรวนของมุมการกระจายน้อยกว่าประมาณ 40% เมื่อเทียบกับที่ทำจากวัสดุทั่วไป ด้วยการออกแบบที่ได้รับการปรับให้เหมาะสม แสงเล็ดลอดที่ทำให้เกิดเอฟเฟกต์สีรุ้งสามารถพุ่งออกไปจากระยะการมองเห็นของดวงตามนุษย์ได้ ซึ่งช่วยลดการปรากฏตัวของสิ่งแปลกปลอมสีรุ้งได้อย่างมีประสิทธิภาพ

นอกจากนี้ การวิจัยยังระบุว่าการใช้การออกแบบที่มีซับสเตรต SiC รวมกับโครงสร้างฟิล์มบาง SiO2/TiO2/ITO หลายชั้นสามารถลดการสะท้อนแสงที่มองเห็นได้ที่พื้นผิวเลนส์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ จึงช่วยเพิ่มการส่งผ่านแสง ในด้านหนึ่ง โครงสร้างหลายชั้นลดการเบี่ยงเบนของสีที่เกิดจากการสะท้อนของแสง ซึ่งช่วยลดผลกระทบทางอ้อมจากสายรุ้ง ในทางกลับกัน โครงสร้างฟิล์มบางหลายชั้นปิดกั้นแสงสีน้ำเงิน ซึ่งช่วยลดเอฟเฟกต์สีรุ้งด้วย เนื่องจากแสงสีน้ำเงินมีความยาวคลื่นสั้นกว่าและมีแนวโน้มที่จะกระจายตัวมากกว่า ซึ่งเป็นสาเหตุหลักของเอฟเฟกต์สีรุ้ง

ความแข็งและความเสถียรทางเคมีที่โดดเด่นของซิลิคอนคาร์ไบด์ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับกระบวนการที่มีความแม่นยำ เช่น การพิมพ์หินแบบนาโนอิมพรินท์และการพิมพ์หินด้วยลำแสงอิเล็กตรอน ทำให้สามารถผลิตโครงสร้างตะแกรงขนาดย่อยไมครอนที่มีความแม่นยำสูงเพื่อแก้ไขปัญหาเอฟเฟกต์สีรุ้ง

ที่มา: xiamenzhongxinjingyan