금속 박막 표면의 열처리에 따른 장적외선 대역 표면 플라즈몬 투과 특성 (Changes due to Heat Treatment in the Transmittance Characteristics of the Surface Plasmon for Thin Metal Films in the Long-Wavelength Infrared Region)

서지정보

· 발행기관 : 한국물리학회
· 수록지 정보 : 새물리 / 67권 / 7호 / 806 ~ 811페이지
· 저자명 : 김하술, 박현빈, 차상준, 우정주

초록

반도체 포토 리소그래피와 전자빔 증착법을 이용하여 장적외선 투과용 플라즈모닉스 소자를 제작하였다. 장적외선의 최대 투과 파장은 Si 기판 위에 형성된 알루미늄 금속 박막의 격자 주기를 조절함으로써 임으로 변화 시킬 수 있음을 보였다. 플라즈모닉 소자의 알루미늄 박막 구멍 크기를 3 $\mu$m로 고정하고, 주기(pitch)를 5, 5.5, 6 $\mu$m로 변화 시켰을 때 최대 투과도의 파장은 각각 15.5, 17, 18.5 $\mu$m에서 관측 되었다. 알루미늄 박막의 산화에 따른 플라즈모닉스 소자의 투과 특성 변화에 대한 조사를 위하여, 산소 20%와 질소 80%로 구성된 혼합 가스를 공급하면서 급속 열처리기 이용하여 열처리를 하였다. 열처리 후에 박막 표면의 입자 크기의 제곱 평균 제곱근(root mean square) 값이 증가하였으며, 박막 표면의 산소 비율이 높아지는 것을 확인 하였다. 300 $^\circ$C 열처리 후 투과도의 최댓값은 약 33% 감소하였으며, 최대 투과도 값이 장파장 쪽으로 0.3 $\mu$m의 변이가 일어났다.

영어초록

We fabricated a plasmonic device for long-wavelength infrared transmission by using semiconductor photolithography and electron-beam evaporation. The maximum long-wavelength infrared transmittance could be adjusted by controlling the lattice period of the aluminum metal film formed on the Si substrate. The diameter of the produced plasmonic device was 3 $\mu$m. When the pitch of the thin film lattice was changed to 5, 5.5, and 6 $\mu$m, the maximum transmittance wavelengths were observed at 15.5, 17, and 18.5 $\mu$m, respectively. In order to investigate the changes in the transmittance characteristics of the plasmonic device due to oxidation of the aluminum thin film, we performed a heat treatment by using a rapid thermal annealing system while supplying a gas mixture of 20% oxygen and 80% nitrogen. After the heat treatment, the root-mean-square roughness of the thin film's surface was increased, as was the oxygen ratio. The maximum transmittance was reduced by 33% and the wavelength at which maximum transmittance was observed was shifted to longer wavelength by about 0.3 $\mu$m after annealing at 300 $^\circ$C.

참고자료

· 없음