Характеристики отражения света от микромассивов кремниевых нанопилларов, сформированных на подложках КНИ

Abstract

Одна из важных задач современной фотоники - это реализация новых высокоэффективных фотонных устройств, работа которых основана на взаимодействии света с наноструктурами [1]. Диэлектрические наноструктуры с высоким показателем преломления поддерживают высокодобротные электрические и магнитные резонансы в видимой части спектра [2].Такие диэлектрические нанорезонаторы обладают уникальными свойствами и перспективны для создания на их основе универсальных модулей для управления светом на наномасштабе. Микромассивы, упорядоченных в квадратную решетку, кремниевых нанопилларов (Si НП, от англ. nanopillarнаностолбик) в последние годы привлекают значительный интерес исследователей как один из перспективных вариантов реализации подобных резонансных наносистем [3]. Большинство работ в этой области направлено на исследование изолированных Si НП в воздухе или Si НП, размещенных на подложке с низким показателем преломления, например, на кварцевой подложке [4]. Однако, для многих практических приложений, в частности, для фотовольтаических элементов, Si НП необходимо размещать поверх материала с высоким показателем преломления. В данной работе были экспериментально и теоретически исследованы спектральные характеристики отражения микромассивов Si НП на подложке кремний-на-изоляторе (КНИ) с целью определения связи между геометрическими параметрами структур и особенностями резонансного отражения света от них, выявления факторов, влияющих на подавление распространения волны внутри подложки, и устранения дифракционных эффектов утечки мод в подложку. В работе было проведено численное моделирование отражательных характеристик Si НП с учетом подложки, демонстрирующее характер зависимости резонансных особенностей структуры от её геометрических параметров, а также с учетом подложки КНИ. Исходя из полученных результатов численных оценок, были сформированы микромассивы Si НП различного диаметра и периода в квадратной матрице на КНИ подложке. В рамках экспериментального исследования были измерены спектры отражения от различных микромассивов Si НП в диапазоне длин волн от 400 нм до 1000 нм. Нормировка сигнала проводилась на сигнал от алюминиевого зеркала. В спектрах отражения наблюдались узкие резонансные линии, которые связаны с интерференционными явлениями в верхнем слое кремния, а также с решеточными резонансами.