1차원 광 결정의 광투과율 연구 = A study on the optical transmittance of one-dimensional photonic crystals

국문 초록 (Abstract)

일차원 광결정을 제조 하였고, 그 광투과율 특성을 실험 및 이론적으로 연구하였다. 일차원 광결정의 제조는 기본적으로 높은 굴절률을 가지는 TiO₂와 낮은 굴절율을 가지는 Al₂O₃를 번갈아 쌓은 다층박막으로 만들었다. 모든 광결정은 초고진공 rf 마그네트론 스퍼터 장치를 이용하여 제작하였다. 일차원 광결정을 제작할 때 각각의 층의 두께와 표면 거칠기는 α-step과 원자간력 현미경을 이용하여 확인하였다. 이론적인 계산결과, 반복층수가 8층 이상일 때 거의 완벽한 광 밴드갭을 형성할 수 있음을 알았다. 제조한 광결정의 투과율 스펙트럼은 스펙트로포토미터를 이용하여 측정하였고, 컴퓨터 시늉내기 투과율 스펙트럼과 비교하였다. 이 결과에 의하면 100℃ 에서 제작한 광결정의 투과율 스펙트럼은 컴퓨터 시늉내기 스펙트럼과 잘 일치하지 않았다. 그 이유는 광결정 내에서 Al₂O₃와 TiO₂의 굴절률이 단층 박막에서의 측정값과 약간 다른 값을 보이기 때문으로 이해된다. 이러한 현상을 해결하기 위해 광결정을 300 ℃에서 제작하였으며, 컴퓨터 시늉내기의 결과와 매우 일치되는 결과를 얻었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

One-dimensional (1D) photonic crystals (PCs) were fabricated, and their optical properties were investigated both experimentally and theoretically. According to the simulation results by using the transfer-matrix method, when the repetition number is larger than 8, an almost perfect photonic bandgap (PBG) can be achieved. I fabricated 1D PCs, which were basically multilayered films composed of a high-index material (TiO₂) and a low-index one (Al₂O₃). All the PCs were prepared in an ultrahigh-vacuum radio-frequency magnetron-sputtering system. An atomic-force microscope was used to measure the thickness and the roughness of the films. The transmittance spectra of the fabricated PCs were measured by using a spectrophotometer (Cary-500), and we observed a PBG phenomenon developed at the designed wavelength. The agreement between measured and simulated transmission spectra was not satisfactory for the 1D PCs fabricated on a substrate without extra heating, whose substrate temperature was 100 ℃, while the agreement was excellent when the PCs were fabricated at an elevated temperature of 300 ℃.

목차 (Table of Contents)

• Chapter 1. Introduction = 1
• Chapter 2. Backgrounds = 3
• 2-1. Numerical simulation = 3
• 2-2. RF magnetron sputtering method = 7
• Chapter 3. Experimental procedures = 14
• 3-1. Cleaning process of substrate = 14
• 3-2. Preparation of 1D PCs = 16
• 3-3. Analysis = 18
• Chapter 4. Results and discussion = 19
• Chapter 5. Conclusions = 32
• References = 33
• 국문요지 = 35