全介质硅基微腔结构的模拟与实验研究

doi:10.13232/j.cnki.jnju.2020.05.013

全介质硅基微腔结构的模拟与实验研究

王朝晔, 侯国智, 李伟, 徐骏^,, 陈坤基

固体微结构物理国家重点实验室，南京大学电子科学与工程学院，南京，210093

Simulation and experimental study of all⁃dielectric silicon⁃based microcavity structure

Wang Zhaoye, Hou Guozhi, Li Wei, Xu Jun^,, Chen Kunji

National Laboratory of Solid State Microstructures, School of Electronic Science and Engineering, Nanjing University, Nanjing, 210093, China

通讯作者: E⁃mail：junxu@nju.edu.cn

收稿日期: 2020-03-15 网络出版日期: 2020-09-27

基金资助:

国家自然科学基金. 61735008

Received: 2020-03-15 Online: 2020-09-27

摘要

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1.1 $μ m$ 和2.0 $μ m$ 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.

关键词： SiN_x/SiN_yO_z多层膜 ; F⁃P腔滤波器 ; 光学微腔 ; 时域有限差分法

Abstract

Silicon⁃based microcavity structures have important applications in many fields of optics and optoelectronic devices. This work focuses on the possible applications of microcavity structures in thermal photovoltaic systems, combining theoretical and experimental research. We prepared amorphous silicon nitride and silicon oxynitride thin films by using plasma enhanced chemical vapor deposition technology to obtain corresponding optical constants. Then, the optical characteristics of microcavities with different structures were studied by software simulation, and one⁃dimensional photon microcavity structures were prepared. As a result, selective transmittances of 81% and 56% were obtained at the central wavelengths of 1.1 μm and 2.0 μm, respectively. At the same time, the influence of film absorption on microcavity characteristics was analyzed.

Keywords： SiN_x/SiN_yO_z multilayer film ; F⁃P cavity filter ; optical microcavity ; FDTD

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本文引用格式

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半导体微腔在许多光学与光电子器件中，如发光器件、激光器、光学滤波器等，都有重要的应用^[1-4]，因此引起人们极大的研究兴趣.近年来，为了提高太阳光能量的利用效率，又提出热光伏技术，即通过宽谱高效率吸收太阳光能量，将其转化为与底电池能隙相匹配的选择性辐射谱来提高利用效率^[5-7].在这种利用宽谱吸收、窄带发射来重塑太阳能光谱的技术领域中，选择性滤波器显得尤为重要^[8-11]，而一维光子微腔结构在此环节中可以起到相应的作用.

一维光子微腔结构多设计为法布里⁃珀罗(Fabry⁃Pérot，F⁃P)腔，主要用金属与介质膜来实现^[12-14].和金属⁃介质型F⁃P腔相比，全介质型F⁃P腔由于具有更低的吸收、更好的调控能力和更高的选择透射率而备受青睐^[15-17]，且硅基材料是半导体器件及集成电路芯片中最重要的材料，有成熟的半导体工艺技术作为支撑.但半导体硅材料带隙较低(1.1 eV)，对于常工作在可见光波段的光子器件的吸收系数较大，无法达到器件要求.而对于热光伏应用，由于辐射器的温度可能在1000~1500 K，发出的辐射波长在1.1~2.0 $μ m$ ，这个波段硅的吸收较低，因此有望设计全硅基介质膜滤波结构来实现对辐射光谱的调控.Qi et al^[18]利用磁控溅射技术制备TiO₂(Si/SiO₂)³(SiO₂/Si)³结构的一维准周期微腔结构，在1.55 $μ m$ 处得到了88.85%~92.56%的透射率.而对于全硅基器件，Medvedev et al^[19]利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术制备了非晶碳化硅/二氧化硅微腔结构，其在757 nm处得到了68%左右的窄带输出.我们小组也曾利用PECVD技术制备了非晶碳化硅微腔结构，在645 nm的共振选择性波长处得到了55%左右的透过率，同时也利用此结构实现对发光光谱的调控^[20].本研究考虑到加大微腔结构中周期性反射层中两种薄膜的折射率差以及尽量避免材料的吸收，选择非晶氮化硅(a⁃SiN_x)与非晶氮氧化硅(SiN_xO_y)薄膜作为构建光子微腔的材料.在获得相应薄膜光学参数的基础上，设计不同的结构进行模拟研究，进而选择了一种结构在实验上进行验证，获得了共振选择性波长在1.1 $μ m$ 处81%的透射率和在2.0 $μ m$ 处56%的透过率；进而还对消光系数对微腔光学特性的影响进行了讨论.

1 实验部分

1.1 原　料

通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法在石英衬底以及p型硅衬底上生长了具有不同N/Si比和O/Si比的氮化硅(SiN_x)和氮氧化硅(SiN_yO_z)薄膜，气源是纯度为99.999%的SiH₄，N₂O和NH₃.

1.2 实验步骤

1.2.1 不同原子比的氮化硅(SiN_x)和氮氧化硅(SiN_yO_z)薄膜的制备

为了对N/Si比和O/Si比进行调控，保持SiH₄流量为5 sccm，在制备氮化硅(SiN_x)薄膜时，改变NH₃的流量为2.5，5，10，20 sccm；在制备氮氧化硅(SiN_xO_y)薄膜时，改变N₂O的流量为5，20，40，80 sccm.以上不同样品以气流比 $A = [N H_{3}] / [S i H_{4}]$ ， $B = [N_{2} O] / [S i H_{4}]$ 表示.在沉积过程中，保持衬底温度为250 ℃，先通入20 sccm气流的氩气(Ar)，在10 W射频功率下起辉，电离产生的Ar离子轰击衬底表面，对衬底有一定的清洁作用，并可以使后续生长的薄膜与衬底之间有更好的接触.再通入反应气体并在射频功率10 W下沉积30 min，得到具有不同N/Si比和O/Si比的氮化硅(SiN_x)和氮氧化硅(SiN_yO_z)单层薄膜.

1.2.2 SiN_x/SiN_yO_z微腔结构的制备与性能表征

通过对单层薄膜的透射谱和能量色散X⁃射线光谱(EDS)分析，得到不同生长参数下薄膜的折射率、原子比和生长速率等性质，再交替生长特定厚度的微腔结构.基于时域有限差分法建立微腔结构模型，根据实验得到的折射率等参数进行模拟计算.由于石英衬底对样品的透射性质影响极小，在建模中使用300 nm的SiO₂作为衬底材料，所用氮化硅及氮氧化硅的折射率分别设置为2.67和1.62，计算得到微腔结构的透射谱.进而使用SHIMADZU UV⁃3600Plus分光光度计对多层膜样品的光吸收特性进行测量，并得到样品的透射谱.

2 结果与讨论

2.1 材料特性分析

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(SiN_x)薄膜的折射率、N/Si原子比与气流比 $A = [N H_{3}] / [S i H_{4}]$ 的关系，图1b表示氮氧化硅(SiN_yO_z)薄膜的折射率、O/Si原子比与气流比 $B = [N_{2} O] / [S i H_{4}]$ 的关系.从图1可以看出，N/Si原子比、O/Si原子比分别与氮气和N₂O所占的比例呈正相关，氮化硅、氮氧化硅的折射率与氮气和N₂O所占的比例呈负相关.因为更低的硅烷比例会降低薄膜中Si原子的比例，同时使相应薄膜折射率下降.

图1

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图1 (a) a⁃SiN_x的折射率和Si/N原子比随 $[N H_{3}] / [S i H_{4}]$ 的变化曲线；(b) a⁃SiN_yO_z的折射率和Si/O原子比随 $[N_{2} O] / [S i H_{4}]$ 的变化曲线

Fig.1 (a) a⁃SiN_x's refractive index and Si/N atomic ratio with different ratio of $[N H_{3}] / [S i H_{4}]$ ，(b) a⁃SiN_yO_z's refractive index and Si/O atomic ratio with different ratio of $[N_{2} O] / [S i H_{4}]$

2.2 仿真模拟分析

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⁃SiN_yO_z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⁃SiN_x层作为最外层，也就是只有2.5个周期反射结构.两侧反射结构形成 $\frac{1}{4} D B R$ 波堆反射膜，中间层厚度为 $d = λ_{0} / 2 n_{L}$ ， $λ_{0}$ 为设计的中心共振波长.根据图1给出的薄膜的实验光学参数，考虑到折射率差和吸收影响，在模拟中选择了x=0.4的a⁃SiN_x膜和y=0.5，z=1.7的a⁃SiN_yO_z膜作为微腔结构材料，其对应的折射率分别为n_H=2.67和n_L=1.62（n_H代表非晶氮化硅材料的折射率，n_L代表非晶氮氧化硅材料的折射率）.模拟基于FDTD⁃Solutions软件，选择特定波段的平面波光源，在垂直光源方向设计完美匹配层(PML)边界来使边界处反射回的电磁波极低，并且暂且忽略微腔材料的消光系数，衬底选择透光性能好较的非晶氧化硅，进而建立与示意图对应的模型结构，接着选择合适的网格大小对场域离散化，通过差分方程迭代求解.

图2

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图2 三种微腔的剖面结构示意图

Fig.2 Schematic diagram of the cross⁃section structure of three microcavities

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1.1 $μ m$ .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果.值得注意的是结构C，其虽然在最外层和结构B相比少了一层低折射率层，却反而显现出更高更窄的选择性透过峰，在截止区的透射率也更低，说明其具有更好的选择性共振输出效果.我们认为这是由于最外层设计为高折射率层可以提高两侧反射结构的反射率，使共振选择性的效果更好.为了进一步验证此猜想，继续模拟得到反射结构为3.5个周期和4个周期的微腔的透射谱，如图3b所示.可以看出具有3.5个反射层周期的微腔比具有4个反射层周期的微腔的窄带选波效果更好，并且也优于具有2.5个反射层周期的微腔.但实际制备中还要衡量增加反射周期带来的更严重的材料吸收，因此下文的模拟中优先选择了层数较少且窄带滤波特性较好的结构C.

图3

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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2.0 μm的结构C微腔的模拟透射谱；(d)中心波长为1.1 μm的结构C微腔在短波段的模拟透射谱

Fig.3 Simulated transmission spectra of microcavity with (a) 2, 2.5 and 3 reflection periods,(b) 3.5 and 4 reflection periods, respectively，simulated transmission spectra of structure C microcavities with (c) center wavelength of 1.1, 1.5 and 2.0 μm, respectively，(d) center wavelength of 1.1 μm in the short band

对于中心波长为1.1 $μ m$ 且两侧具有2.5个反射结构的微腔(结构C)，更短波区域的模拟透射谱如图3d所示.在两侧反射膜系中，当每层的光学厚度的两倍为 $(\frac{1}{2} + i) λ_{i} (i = 0,1, 2,3, \dots)$ ，且微腔中心存在缺陷层时会出现明显透射峰，因此短波处的透射峰分别出现在0.37，0.22和0.16 $μ m$ 附近，且透射峰较尖和窄.在短波区域，形成干涉效果的反射光在传播过程中损耗，其干涉效果减弱，透射峰两侧的截止区域也变窄变弱，但在实际应用中，由于衬底和膜系材料在短波处有很强的吸收，因此在实验中这些短波处的透射峰难以被观察到.同时考虑到在热光伏器件中的应用，主要关注在硅材料吸收较弱的长波侧的微腔效应.

图3c是基于结构C，通过改变设计的中心波长所得到的模拟结果，其中心波长分别为 $λ = 1.1 μ m$ ， $λ = 1.5 μ m$ 和 $λ = 2.0 μ m$ .可以看出，利用全介质微腔结构可以很方便地对中心波长进行调控，但随着波长不断增大，其共振波长处的透射率逐渐下降，从 $1.1 μ m$ 处的92%下降到2.0 $μ m$ 处的84%，且透射峰的半高宽也有所增大.这可能是由于随着中心波长的加大，中间层和反射层的膜厚均增加，导致干涉效果略有下降，使得透射率和半高宽略有变化.

2.3 实验表征分析

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1.1~2.0 $μ m$ ，因此就以共振波长为1.1 $μ m$ 和2.0 $μ m$ 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1.1 $μ m$ 的a⁃SiN_x/a⁃SiN_yO_z微腔结构的剖面扫描电子显微镜(SEM)照片，可以看出基于结构C的层状结构.设计的各层厚度如下：中间层厚度为340 nm，两侧反射层中a⁃SiN_x的厚度为103 nm，a⁃SiN_yO_z的厚度为170 nm，与SEM观测值基本吻合.还可以看到层状结构中各层界面较为平整，说明可以很好地控制薄膜的生长速率和成膜质量.图4b则是相应结构的模拟透射谱与实验得到的透射谱，可以看到实验得到的共振中心波长约为1.11 $μ m$ ，与设计值1.1 $μ m$ 符合得非常好.理论上此结构的峰值透射率为92%，半高宽为30 nm，而实验得到的共振波长处透射率达到81%，半高宽为76 nm，截止区的透射率比理论值略高，达到7.8%.

图4

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图4 中心波长为1.1 $μ m$ 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2.0 $μ m$ 的微腔的模拟和实验得到的透射谱(c)

Fig.4 Microcavity with a center wavelength of 1.1 μm: (a) cross⁃section SEM photograph, (b) transmission spectrum obtained from simulation and experiment，(c) simulation and experimental transmission spectra of a microcavity with a center wavelength of 2.0 μm

图4c是对共振波长为2.0 $μ m$ 的微腔进行模拟和实验研究得到的透射谱，同样可以很好地控制成膜来获得相应的微腔结构样品.实验得到的共振波长为2.04 $μ m$ ，在峰值处的透射率为56%，半高宽为131 nm，和理论值在2.0 $μ m$ 处的透射率(84%)和半高宽(28 nm)相比，偏差较大.这反映在制备较厚的微腔结构(即共振波长较大)时还需要进一步优化和精细调控制备参数.值得一提的是，对于共振波长为2.0 $μ m$ 的微腔，其在截止区的透射率低至4.6%，这在实际应用时可以更好地抑制非共振波长波段的辐射，使到达底电池的辐射波段与底电池带隙所处的波段更好地匹配，有利于提高热光伏转换效率.

2.4 讨　论

比较以上模拟得到的透射谱和实际制备样品得到的透射谱，发现样品的透射谱与模拟结果并不能实现完美的匹配，仍然存在误差.首先，样品的透射峰相对于模拟透射峰有所偏移，这是因为在PECVD生长过程中，对速率和时间的控制无法完全精确，导致薄膜的实际厚度与设计的理想厚度有偏差.从图4a的扫描电镜照片可以看到生长的薄膜总厚度大于设计厚度，这使样品的透射谱的峰值向长波方向移动.同时，每一层薄膜厚度的偏差也会导致样品的透射峰变宽，因为两侧厚度不完美的DBR膜系会降低F⁃P腔的窄带滤波特性，引起透射峰值两侧较大波长范围的透过，使得半高宽变大.

在模拟研究中没有考虑薄膜的吸收，为了探讨材料吸收对微腔性质的影响，进一步模拟具有不同消光系数(复折射率的虚部)的材料来构成微腔.图5a代表a⁃SiN_x膜在1.1 $μ m$ 处具有不同消光系数时的模拟透射谱结果.与不考虑吸收的情形(k_H=0)相比，当材料有微弱吸收(k_H=10^-3)时，其对半高宽略有影响，但主要是共振波长处的透射率会下降.而随着吸收程度的增大，透射率进一步显著下降，在k_H=10^-2时其透射率已下降到63%.而如果考虑a⁃SiN_yO_z层的吸收，如图5b所示，其对透射率的影响更明显，当假设a⁃SiN_yO_z层消光系数为k_L=10^-3时，在共振波长处的透射率下降为85%.而当消光系数进一步增加到10^-2时，透射率只有38%.这是因为a⁃SiN_yO_z同时也是中间层材料，所以其由于吸收造成的微腔效应变差也更严重.在实验制备的微腔结构中，材料在共振波长处会有一定的吸收，这也是造成实际测得的峰值透射率比理论模拟值更低的原因之一.吸收虽降低了峰值透射率，却不会影响其共振波长偏差.在1.1 $μ m$ 附近，非晶氮化硅和非晶氮氧化硅材料的消光系数都较低^[21-22]，且受到成膜质量影响较大，根据吸收比和椭偏仪结果分析得到的消光系数在10^-7~10^-3范围内，与我们的模拟结果吻合较好.

图5

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图5 (a)假设氮氧化硅材料消光系数(k_L)为0时，改变氮化硅的消光系数(k_H)为 $2 \times 10^{- 2}, 10^{- 2}$ 和 $10^{- 3}$ ，得到的模拟透射谱；(b)假设氮化硅材料消光系数(k_H)为0时，改变氮氧化硅的消光系数(k_L)为 $2 \times 10^{- 2}$ ， $10^{- 2}$ 和 $10^{- 3}$ ，得到的模拟透射谱

(b) when k_H is 0, the simulated transmission spectrum with different k_L of $2 \times 10^{- 2}$ , $10^{- 2}$ and $10^{- 3}$

Fig.5 (a) When k_L is 0,the simulated transmission spectrum with different k_H of $2 \times 10^{- 2}$ , $10^{- 2}$ and $10^{- 3}$ ，

3 结论

本文研究了全硅基介质膜微腔结构，由实验得到的a⁃SiN_x和a⁃SiN_yO_z的光学参数，通过模拟研究了不同结构的微腔透射特性.发现将反射层的最外侧设计为高折射率膜可以得到性能较好的微腔效应.进而利用PECVD制备了相应的全硅基介质膜微腔样品.针对在热光伏中的应用要求，将共振选择波长定为1.1 $μ m$ 和2.0 $μ m$ .根据测试结果设计了相应的材料参数，实现了波长可调谐的微腔结构，且实验得到的微腔在1.11 $μ m$ 处可以得到81%的峰值透射率，在2.04 $μ m$ 处可以得到56%的峰值透射率，且半高宽分别为76 nm和131 nm.与模拟结果相比，其选择波长峰值符合较好，在共振波长处的透射率略低，半高宽略宽.通过研究材料吸收对微腔效应的影响，我们认为薄膜厚度与设计值的偏差及薄膜的吸收是引起峰值透射率下降及半高宽变化的可能原因.本研究为制备用于热光伏体系的辐射滤波器并进一步优化特性打下了良好的基础.

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Optical fiber fiber fabry–perot filter with tunable cavity for high–precision resonance wavelength adjustment

2015

... 半导体微腔在许多光学与光电子器件中，如发光器件、激光器、光学滤波器等，都有重要的应用^[1-4]，因此引起人们极大的研究兴趣.近年来，为了提高太阳光能量的利用效率，又提出热光伏技术，即通过宽谱高效率吸收太阳光能量，将其转化为与底电池能隙相匹配的选择性辐射谱来提高利用效率^[5-7].在这种利用宽谱吸收、窄带发射来重塑太阳能光谱的技术领域中，选择性滤波器显得尤为重要^[8-11]，而一维光子微腔结构在此环节中可以起到相应的作用. ...

金属等离子激元调控Fabry–Perot微腔谐振模式研究

2019

金属等离子激元调控Fabry–Perot微腔谐振模式研究

2019

Plasmon–enhanced ultraviolet photoluminescence from the hybrid plasmonic Fabry–Perot microcavity of Ag/ZnO microwires

2014

Analysis and numerical simulation of a novel optical microcavity with the roof structure

2019

Performance analysis of solar thermophotovoltaic conversion enhanced by selective metamaterial absorbers and emitters

2016

Solar thermophotovoltaics：progress，challenges and opportunities

2019

10% efficiency solar thermophotovoltaic systems using spectrally controlled monolithic planar absorber/emitters

2014

Enhanced photovoltaic energy conversion using thermally based spectral shaping

2016

Spectrally selective solar absorber with sharp and temperature dependent cut–off based on semiconductor nanowire arrays

2017

Experimental testing of SiN_x/SiO₂ thin film filters for a concentrating solar hybrid PV/T collector

2014

Tunable narrowband mid?infrared thermal emitter with a bilayer cavity enhanced Tamm plasmon

2018

Reflective color filters and monolithic color printing based on asymmetric fabry–perot cavities using nickel as a broadband absorber

2016

... 一维光子微腔结构多设计为法布里⁃珀罗(Fabry⁃Pérot，F⁃P)腔，主要用金属与介质膜来实现^[12-14].和金属⁃介质型F⁃P腔相比，全介质型F⁃P腔由于具有更低的吸收、更好的调控能力和更高的选择透射率而备受青睐^[15-17]，且硅基材料是半导体器件及集成电路芯片中最重要的材料，有成熟的半导体工艺技术作为支撑.但半导体硅材料带隙较低(1.1 eV)，对于常工作在可见光波段的光子器件的吸收系数较大，无法达到器件要求.而对于热光伏应用，由于辐射器的温度可能在1000~1500 K，发出的辐射波长在1.1~2.0

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，这个波段硅的吸收较低，因此有望设计全硅基介质膜滤波结构来实现对辐射光谱的调控.Qi et al^[18]利用磁控溅射技术制备TiO₂(Si/SiO₂)³(SiO₂/Si)³结构的一维准周期微腔结构，在1.55

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处得到了88.85%~92.56%的透射率.而对于全硅基器件，Medvedev et al^[19]利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术制备了非晶碳化硅/二氧化硅微腔结构，其在757 nm处得到了68%左右的窄带输出.我们小组也曾利用PECVD技术制备了非晶碳化硅微腔结构，在645 nm的共振选择性波长处得到了55%左右的透过率，同时也利用此结构实现对发光光谱的调控^[20].本研究考虑到加大微腔结构中周期性反射层中两种薄膜的折射率差以及尽量避免材料的吸收，选择非晶氮化硅(a⁃SiN_x)与非晶氮氧化硅(SiN_xO_y)薄膜作为构建光子微腔的材料.在获得相应薄膜光学参数的基础上，设计不同的结构进行模拟研究，进而选择了一种结构在实验上进行验证，获得了共振选择性波长在1.1

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处81%的透射率和在2.0

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处56%的透过率；进而还对消光系数对微腔光学特性的影响进行了讨论. ...

Fabrication of FP–cavity?based monolithic full–color filter arrays using a template–confined micro–reflow process

2018

Microscopic interference full–color printing using grayscale–patterned fabry–perot resonance cavities

2017

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处81%的透射率和在2.0

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处56%的透过率；进而还对消光系数对微腔光学特性的影响进行了讨论. ...

New development of one–dimensional Si/SiO₂ photonic crystals filter for thermophotovoltaic applications

2010

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处81%的透射率和在2.0

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处56%的透过率；进而还对消光系数对微腔光学特性的影响进行了讨论. ...

Optimization of spectrally selective Si/SiO₂ based filters for thermophotovoltaic devices

2017

Wide bandwidth and high resolution planar filter array based on DBR–metasurface–DBR structures

2016

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处81%的透射率和在2.0

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处56%的透过率；进而还对消光系数对微腔光学特性的影响进行了讨论. ...

2018

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处81%的透射率和在2.0

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处56%的透过率；进而还对消光系数对微腔光学特性的影响进行了讨论. ...

Planar light–emitting microcavities based on hydrogenated amorphous silicon carbide

2014

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处81%的透射率和在2.0

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处56%的透过率；进而还对消光系数对微腔光学特性的影响进行了讨论. ...

Luminescence behavior from amorphous silicon–carbide film–based optical microcavities

2008

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处81%的透射率和在2.0

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处56%的透过率；进而还对消光系数对微腔光学特性的影响进行了讨论. ...

Broadband mid?infrared frequency comb generation in a Si₃N₄ microresonator

2015

... 在模拟研究中没有考虑薄膜的吸收，为了探讨材料吸收对微腔性质的影响，进一步模拟具有不同消光系数(复折射率的虚部)的材料来构成微腔.图5a代表a⁃SiN_x膜在1.1

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处具有不同消光系数时的模拟透射谱结果.与不考虑吸收的情形(k_H=0)相比，当材料有微弱吸收(k_H=10^-3)时，其对半高宽略有影响，但主要是共振波长处的透射率会下降.而随着吸收程度的增大，透射率进一步显著下降，在k_H=10^-2时其透射率已下降到63%.而如果考虑a⁃SiN_yO_z层的吸收，如图5b所示，其对透射率的影响更明显，当假设a⁃SiN_yO_z层消光系数为k_L=10^-3时，在共振波长处的透射率下降为85%.而当消光系数进一步增加到10^-2时，透射率只有38%.这是因为a⁃SiN_yO_z同时也是中间层材料，所以其由于吸收造成的微腔效应变差也更严重.在实验制备的微腔结构中，材料在共振波长处会有一定的吸收，这也是造成实际测得的峰值透射率比理论模拟值更低的原因之一.吸收虽降低了峰值透射率，却不会影响其共振波长偏差.在1.1

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附近，非晶氮化硅和非晶氮氧化硅材料的消光系数都较低^[21-22]，且受到成膜质量影响较大，根据吸收比和椭偏仪结果分析得到的消光系数在10^-7~10^-3范围内，与我们的模拟结果吻合较好. ...

氮氧化硅薄膜的光学特性及其在光波导中的应用

2000

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氮氧化硅薄膜的光学特性及其在光波导中的应用

2000

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