• The Journal of the Acoustical Society of Korea
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• v.34 no.5
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• pp.371-376
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• 2015

In this study, we use 1:1, 1:2, and 1:4 scale zig-zag shape acoustic metamaterial structure to achieve broad and effective sound blocking at the subwavelength scale. The SPL(Sound Pressure Level) results show that the SPL loss of the scaled metamaterial slab in series is a superposition of individual SPL losses. Also, we show that the metamaterial tailors the material properties to achieve high impedance and high refractive index using effective medium theory. Our results show that broad and effective sound blocking is possible at the subwavelength scale just by scaling acoustic metamaterial.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.282.2-282.2
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• 2016

중적외선 물질에는 Ge, ZnS, ZnSe, Si 등이 있으나 고굴절율이므로 반사가 매우 크게 발생을 한다. 이를 줄이기 위해 다층 박막 무반사 코팅을 일반적으로 사용하지만 열에 취약함, 적합한 물질을 찾는 것이 매우 어려움, 다층 박막으로 제작 시 두께가 매우 두꺼워짐의 단점이 있다. 또한 Ge, ZnS, ZnSe 의 소재는 가격이 Silicon에 비해 매우 비싸다. 그러므로 RCWA(Rigorous Coupled Wavelength Analysis) 시뮬레이션을 이용하여 상대적으로 저렴한 소재임에도 고투과성을 지닌 중적외선용 무반사 실리콘 서브파장구조(Subwavelength Structures, SWSs)를 제안한다. 본 연구에서는 원기둥, 원뿔, 파라볼라, 잘린 원뿔(truncated cone) 등의 형태에 따른 투과율 특성을 파악하여 최적구조가 파라볼라 형태임을 증명하였다. 또한 서브파장구조의 주기, 높이의 특성을 조절하여 공정 시의 종횡비(Aspect ratio)를 고려한 최적형태를 제안하였다. 중적외선 영역($3{\mu}m{\sim}5{\mu}m$)에서 일반 Silicon의 적외선 영역에서 평균 55%의 낮은 투과율을 보이나, 양면에 무반사 구조를 설계 하였을 때 평균 94%의 높은 투과율을 확인할 수 있다. 다양한 형태를 가진 무반사 실리콘 서브파장 구조물을 RCWA 방식으로 계산함으로서 특성을 파악하며 최적구조를 설계 할 수 있다. 또한 단면에 비하여 양면으로 SWSs 구조를 제작할 시 매우 두드러지는 투과특성을 확인할 수 있다. 고굴절율이지만 뛰어난 투과특성을 이용하여 초소형 적외선 카메라 렌즈 뿐만 아니라 적외선 광검출기, 광학 필터 등에 이용 가능할 것으로 예상된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.316-316
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• 2013

실리콘(Si)은 이미지 센서, 포토검출기, 태양전지등 반도체 광전소자 분야에서 널리 사용되고 있는 대표적인 물질이다. 이러한 소자들은 광추출 또는 광흡수 효율을 향상시키는 것이 매우 중요하다. 그러나 Si의 높은 굴절율은 표면에서 30% 이상의 반사율을 발생시켜 소자의 성능을 저하시킨다. 따라서, 표면에서의 광학적 손실을 줄이기 위한 효과적인 무반사 코팅이 필요하다. 최근, 우수한 내구성과 광대역 파장 및 다방향성에서 무반사 특성을 보이는 서브파장 주기를 갖는 나노격자(subwavelength grating, SWG) 구조의 형성 및 제작에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 구조는 경사 굴절율 분포를 가지는 유효 매질을 형성시킴으로써 Fresnel 반사율을 감소시킬 수 있어 반도체 소자 표면에서의 광손실을 줄일 수 있다. 그러나, SWG나노구조는 식각에 의한 표면 결함(defects)들이 발생하게 된다. 이러한 결함은 표면에서의 재결합 손실을 발생시켜 소자의 성능을 크게 저하시킨다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 표면 보호막 및 무반사 코팅 층을 목적으로 하는 산화막을 표면에 형성시키기도 한다. 따라서 본 실험에서는 레이저간섭리소그라피 및 건식 식각을 이용하여 Si 기판에 SWG 나노구조를 형성하였고, 제작된 샘플 표면 위에 실리콘 산화막(SiOx)을 furnace를 이용하여 형성시켰다. 제작된 샘플들의 표면 및 식각 profile은 scanning electron microscope를 사용하여 관찰하였으며, UV-vis-NIR spectrophotometer 를 사용하여 빛의 입사각에 따른 반사율을 측정하였고, 표면 접촉각 측정 장비를 이용하여 표면 wettability를 조사하였다.

• Carbon letters
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• v.25
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• pp.84-88
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• 2018

At present, an important research area is the search for materials that are compatible with CMOS technology and achieve a satisfactory response rate and modulation efficiency. A strong local field of graphene surface plasmon polariton (SPP) can increase the interaction between light and graphene, reduce device size, and facilitate the integration of materials with CMOS. In this study, we design a new modulator of SPP-based cycle branch graphene waveguide. The structure comprises a primary waveguide of graphene-$LiNbO_3$-graphene, and a secondary cycle branch waveguide is etched on the surface of $LiNbO_3$. Part of the incident light in the primary waveguide enters the secondary waveguide, thus leading to a phase difference with the primary waveguide as reflected at the end of the branch and interaction coupling to enhance output light intensity. Through feature analysis, we discover that the area of the secondary waveguide shows significant localized fields and SPPs. Moreover, the cycle branch graphene waveguide can realize gain compensation, reduce transmission loss, and increase transmission distance. Numerical simulations show that the minimum effective mode field area is about $0.0130{\lambda}^2$, the gain coefficient is about $700cm^{-1}$, and the quality factor can reach 150. The structure can realize the mode field limits of deep subwavelength and achieve a good comprehensive performance.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.312.2-312.2
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• 2014

실리콘은 광센서, 태양전지, 발광다이오드 등 광소자 응용 분야에서 널리 사용되고 있는 물질이다. 그러나 실리콘의 높은 굴절율(n~3.5)은 표면에서 약 30% 이상의 Fresnel 반사를 발생시켜 소자의 효율을 감소시키는 원인이 된다. 따라서, 반사손실을 줄이기 위해서는 실리콘 표면에 효율적인 무반사 코팅을 필요로 한다. 기존의 단일 혹은 다중 박막을 이용한 무반사 코팅 기술은 물질간 열팽창계수의 불일치, 접착력 문제, 박막 두께 조절 및 적합한 굴절율을 갖는 물질 선택 어려움 등의 단점을 지니고 있다. 최근, 이러한 무반사 코팅 기술의 대안으로 곤충 눈 구조를 모방한 나노크기의 서브파장 격자구조 (subwavelength gratings, SWGs)에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 이러한 SWGs 구조는 공기와 반도체 표면 사이에 점진적, 선형적으로 변화하는 유효굴절율을 갖기 때문에, 광대역 파장영역뿐만 아니라 다양한 각도에서 입사하는 빛에 대해서도 효과적으로 Fresnel 표면 반사를 낮출 수 있다. 본 연구에서는 실리콘 기판 표면 위에 효율적인 무반사 특성을 갖는 계층적 SWGs 나노구조를 제작하기 위해, 레이저간섭리소그라피 및 열적응집금속 입자를 이용한 식각 마스크 패터닝 방법과 유도결합플라즈마 식각 공정을 이용하였다. 제작된 무반사 실리콘 SWGs 나노구조의 표면 및 식각 프로파일은 전자주사현미경으로 관찰하였고, 표면 접촉각 측정 장비를 이용하여 샘플 표면의 젖음성을 확인하였다. 제작된 샘플의 광학적 특성을 조사하기 위해 UV-vis-NIR 스펙트로미터와 엘립소미터 측정 시스템들을 이용하였다.

• Korean Journal of Optics and Photonics
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• v.30 no.2
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• pp.67-73
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• 2019

In this paper, we investigated the sensing ability of an extraordinary optical transmission sensor, which is based on the diverse configurations of highly ordered structures. The diverse nanostructures of subwavelength hole array were designed to have different periods and lattice configurations of the array. To verify the sensing ability of the sensor, we measured the transmittance spectra of samples (n = 1.333, 1.363) for diverse configurations of substrates. The measured transmittance spectra of diverse materials with different refractive indices show that the sensitivity increased as the period of the structures increased. Also, improved sensing performance of the sensor was achieved for the square array, compared to the hexagonal array.

• 한국정보디스플레이학회:학술대회논문집
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• 2006.08a
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• pp.1419-1424
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• 2006

We could reduce the reflection from PET(polyethylene terephthalate) film surface by natural plasma etching which does not use etch masks. The plasma etched PET film showed lower reflectance and higher transmittance which is resulted by making subwavelength structure(SWS) on the film surface by the plasma etch rate difference between the amorphous and crystalline region in the surface of PET film.

• Applied Science and Convergence Technology
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• v.23 no.5
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• pp.284-288
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• 2014

We present tapered nanostructures fabricated on a selective area of gallium phosphide substrates for advanced optoelectronic device applications. A lithography-free fabrication process was accomplished by dry etching of metal nanoparticles. Thermal dewetting of micro-patterned metal thin films provides etch masks for tapered nanostructures. This simple process also allows the formation of plasmonic surfaces with corrugated shapes. Rigorous coupled-wave analysis calculations provide design guidelines for tapered nanostructures on gallium phosphide substrates.

• Journal of the Semiconductor & Display Technology
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• v.8 no.3
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• pp.7-11
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• 2009

In this paper, we developed and presented a design result for optimizing the geometry of Ag circular SPP waveguide for subwavelength waveguide applications. We investigated the effect of the design parameters on the light propagation and find the optimum design for small modal size, high coupling coefficient, and low sensitivity. The results show that the globally optimal design locates optimal waveguide geometries more efficiently than individual optimal points for multivalued objective function.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.393-393
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• 2012

Optically active nanostructures such as subwavelength moth-eye antireflective structures or surface enhanced Raman spectroscopy (SERS) active structures have been demonstrated to provide the effective suppression of unwanted reflections as in subwavelength structure (SWS) or effective enhancement of selective signals as in SERS. While various nanopatterning techniques such as photolithography, electron-beam lithography, wafer level nanoimprinting lithography, and interference lithography can be employed to fabricate these nanostructures, roll-to-roll (R2R) nanoimprinting is gaining interests due to its low cost, continuous, and scalable process. R2R nanoimprinting requires a master to produce a stamp that can be wrapped around a quartz roller for repeated nanoimprinting process. Among many possibilities, two different types of mask can be employed to fabricate optically active nanostructures. One is self-assembled Au nanoparticles on Si substrate by depositing Au film with sputtering followed by annealing process. The other is monolayer silica particles dissolved in ethanol spread on the wafer by spin-coating method. The process is optimized by considering the density of Au and silica nano particles, depth and shape of the patterns. The depth of the pattern can be controlled with dry etch process using reactive ion etching (RIE) with the mixture of SF6 and CHF3. The resultant nanostructures are characterized for their reflectance using UV-Vis-NIR spectrophotometer (Agilent technology, Cary 5000) and for surface morphology using scanning electron microscope (SEM, JEOL JSM-7100F). Once optimized, these optically active nanostructures can be used to replicate with roll-to-roll process or soft lithography for various applications including displays, solar cells, and biosensors.