Ein mittels Laserinterferenzlithographie (LIL) hergestellter [1], großflächiger (Abmessungen ca. 10 x 10 mm2), zweidimensionaler photonischer Kristall wurde durch IR-Transmissionsmessungen charakterisiert [2]. Bild 1 zeigt den schematischen Aufbau des aus Silizium gefertigten photonischen Kristalls, dessen wirksamer Teil aus einer 0,5 µm dicken Schicht besteht, in die mit einer quadratischen Periode von 1 µm runde Löcher eingelassen wurden.
 Abb. 1: Aufbau des zweidimensionalen photonischen Kristalls und Symmetrierichtungen der Kristall-Struktur
Der photonische Kristall wird dabei von einer Unterlage getragen, die von dem ursprünglich zur Herstellung verwendeten Wafer herrührt und ihrerseits aus zwei Komponenten mit unterschiedlichen Brechungsindizes besteht. Im Wellenlängenbereich zwischen der Absorptionskante des Siliziums (ca. 1,1 µm) und etwa 2,5 µm wurde der gerichtete spektrale Transmissionsgrad der gesamten Struktur in verschiedenen Ausrichtungen vermessen. Dabei wurde der Vektor des linear polarisierten Strahlung definiert zu den Symmetrierichtungen des Kristalls orientiert. In Bild 2 sind Ergebnisse dieser Messungen wiedergegeben, die eine weitgehende Richtungsunabhängigkeit des spektralen Transmissionsgrades zeigen.
Abb. 2: Spektraler Transmissionsgrad bei senkrechten Einfall, elektrischer Vektor in Richtung Γ-X (rot), Γ-M (orange) und in einer unter φ = 22,5° orientierten Zwischenrichtung (grün) Die Analyse der gemessenen Kurven mittels RCWA-(Rigorous Coupled Wave Analysis-) Modellierung und Vergleich der beobachteten breiten Strukturen des Airy-Typs sowie der schmaleren Fanoresonanzen erlaubt eine Aussage über die Fertigungsgüte des photonischen Kristalls. Die resultierenden Gütefaktoren belegen, dass mit der LIL-Methode auch sehr großflächige Strukturen mit hoher Präzision hergestellt werden können. |
| [1] L. Prodan, T.G. Euser, H.A.G.M. van Wolferen, C. Bostan, R.M. de Ridder, R. Beigang, K.-J. Boller, and L. Kuipers: Large area two-dimensional silicon photonic crystals for infrared light fabricated with laser interference lithography, Institute of Physics Publishing, Nanotechnology 15, S. 639 – 642 (2004) [2] Mid-IR transmission of a large-area 2D silicon photonic crystal slab, L. Prodan, R. Hagen, P. Gross, R. Arts, R. Beigang, C. Fallnich, A. Schirmacher, L. Kuipers and K.-J. Boller, J. Phys. D: Appl. Phys. 41 (2008) 135105 (6pp) |
