접속 이온빔 식각 기술로 형성시킨 석영 기판 위의 비정질 박막의 미세 패턴이 가지는 편광 및 복굴절 특성에 관한 연구 = (A)Study on the Characteristics of Polarization and Birefringence for Submicron Amorphous Thin Film on Quartz Substrate Formed by Focused-Ion-Beam Lithography

국문 초록 (Abstract)

본 논문에서는 집속이온빔(Focused-Ion Beam)으로 격자를 형성한 비정질 실리콘(a-Si)과 비정질 게르마늄(a-Ge)에, 파장 632.8nm의 선형 편광된 He-Ne 레이저를 사용하여 조사시켜 편광 및 복굴절 효과를 측정하였다. 비정질 실리콘 박막과 비정질 게르마늄 박막은 석영(quartz)을 기판으로 하여 각각 PECVD(Plasma-Enhanced-Chemical-Vapor Deposition) 방법과 열증착(thermal evaporation) 방법에 의해 제조되었다. 석영 기판 위에 비정질 실리콘과 비정질 게르마늄 박막을 각각 증착하고, 최적의 격자 배열을 얻기 위하여 몬테카를로 시뮬레이션(Monte Carlo simulation)에 의한 최적의 두께(Zmin)를 갖는 무기질 레지스트 a-Se75Ge25를 상층으로 하는 이중층으로 제조하였다. 몬테카를로 시뮬레이션의 결과로 a-Se75Ge25 레지스트의 최적 두께는 약 600Å이었다. 이중 층 박막들은 50KeV의 가속 에너지를 가지는 Ga+ 집속이온빔(Ga+ -FIB)에 의해 제조되었고, RIE(Reactive-Ion-Etching)에 의해 식각되었다. 결국 선폭과 그것의 간격은 각각 0.15μm, 0.3μm, 0.5μm 그리고 0.7μm의 격자 배열이 형성하였다. Bragg 조건을 만족하는 각도(약 16.7)로 He-Ne 레이저를 조사하였을 때, 비정질 실리콘과 비정질 게르마늄에 대하여 각각 41%와 44%의 최대 회절 효율을 얻었다. 또한, 단순 이론에 의한 비정질 실리콘과 비정질 게르마늄의 목굴절차 δn는 각각 0.200과 0.148을 얻을 수가 있었다. 비정질 실리콘과 비정질 게르마늄 격자는 편광기나 위상지연기와 같은 과학 소자로 응용할 수 있음을 확인하였다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1장 서론 1
• 제 2장 이론 4
• 2.1 기본적 광학 특성 4
• 2.2 a-Se75Ge25, Si₃N₄ 레지스트의 특성 6
• 2.2.1 레지스트의 광학 특성 6
• 2.2.2 레지스트의 식각과 노출 특성 7
• 2.3 주기적 유전체 도파관 이론 8
• 2.3.1 균일한 영역에서의 특성 장(field)과 그 특성 10
• 2.3.2 격자 영역에서의 특성 장 17
• 2.3.2.1 사인 곡선처럼 변조된 매질 22
• 2.3.2.2 사각형으로 변조된 매질 23
• 2.3.2.3 곡선화된 격자 단면 24
• 2.3.3 주기적인 층에 대한 장 해석 26
• 제 3장 실험 33
• 3.1 박막의 제작 33
• 3.2 집속이온빔 리소그라피 공정 35
• 3.2.1 집속이온빔 장비 35
• 3.2.1.1 이온원 35
• 3.2.1.2 이온 광학계 36
• 3.2.2 집속이온빔 공정 39
• 3.2.3 레지스트 공정 40
• 3.3 편광 효과 및 복굴절 효과 특성 측정 42
• 제 4장 결과 및 고찰 44
• 4.1 광학 특성 44
• 4.2 레지스트의 역할 및 최소 두께 46
• 4.3 TE-파 및 TM-파의 투과도 및 위상 차이 측정 52
• 4.4 복굴절 및 회절 효율 측정 결과 54
• 4.5 비정질 실리콘과 비정질 게르마늄의 광학적인 비교 58
• 제 5장 결론 60
• 참고문헌 62