全介质硅基微腔结构的模拟与实验研究

发布时间：2024-05-13 22:33

　　硅基微腔结构在许多光学与光电子器件领域都有重要的应用.针对微腔结构在热光伏系统中的可能应用,结合理论与实验进行了研究.通过利用等离子体增强化学气相沉积技术制备了非晶氮化硅与氮氧化硅薄膜,获得相应的光学常数,然后利用软件模拟研究不同结构的微腔的光学特性,进而制备一维光子微腔结构,在中心波长为1.1μm和2.0μm处分别获得81%和56%的选择性透射率;同时,对薄膜吸收对微腔特性的影响进行了分析.

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【部分图文】：

图1(a)a-SiNx的折射率和Si/N原子比随[NH3]/[SiH4]的变化曲线；(b)a-SiNyOz的折射率和Si/O原子比随[N2O]/[SiH4]的变化曲线

首先通过分光光度计测得石英衬底上的不同生长参数的样品的透射谱曲线，结合EDS（能量色散X-射线光谱）分析，计算得到薄膜的折射率、原子比与气体流量之间的关系.图1a表示氮化硅（SiNx）薄膜的折射率、N/Si原子比与气流比A=[NH3]/[SiH4]的关系，图1b表示氮氧化硅（....

图2三种微腔的剖面结构示意图

为了研究基于非晶氧化硅和氮氧化硅材料的微腔特性，设计了三种结构进行了模拟研究.图2是三种结构的示意图.其中结构A在a-SiNyOz中间层两侧各有两个周期的DBR反射结构，而结构B有三个周期的反射结构，结构C则将高折射率的a-SiNx层作为最外层，也就是只有2.5个周期反射结构....

图3(a)分别具有2,2.5,3个反射周期的微腔的模拟透射谱；(b)分别具有3.5,4个反射周期的微腔的模拟透射谱；(c)中心波长分别为1.1,1.5和2.0μm的结构C微腔的模拟透射谱；(d)中心波长为1.1μm的结构C微腔在短波段的模拟透射谱

图3给出了对不同结构微腔透射谱的模拟研究结果，其中图3a是具有不同结构A,B,C的微腔的模拟透射谱结果，中心波长设计在1.1μm.可以看出，和结构A相比，结构B具有更窄的选择透过峰，在截止区的透射率也更低，这表明增加反射层的周期数可以获得更好的干涉效果，从而得到更好的选择性透射效....

图4中心波长为1.1μm的微腔的剖面SEM照片(a)，模拟和实验得到的透射谱(b)，中心波长为2.0μm的微腔的模拟和实验得到的透射谱(c)

基于模拟研究结果选择结构C来制备全硅基微腔.考虑到在热光伏系统中，目前辐射调控的波段在1.1～2.0μm，因此就以共振波长为1.1μm和2.0μm分别设计与制备相应微腔结构.图4a是利用PECVD制备的中心共振波长为1.1μm的a-SiNx/a-SiNyOz微腔结构的剖面扫....

本文编号：3972809