[논문] Geometric dependence of metal-coated silicon nanowire plasmonic waveguides

지난 1월 15일에 논문 한 편이 나왔다. 간략하게 내용을 정리해둔다.

# 논문 표지

# 논문 정보

글쓴이: 황용섭 Yongsop Hwang, 박홍규 Hong-Gyu Park

제목: Geometric dependence of metal-coated silicon nanowire plasmonic waveguides

학술지: Journal of Optics (IOP Publishing)

발행년월: 2014년 1월

이어가기: http://dx.doi.org/10.1088/2040-8978/16/2/025001

1.

이 논문은 기본적으로 지난 번에 APEX에 발표한 논문[각주:1]의 후속논문의 성격을 띄고 있다.

유한차 시간영역 (FDTD) 방법을 이용한 계산 논문이다. 논문에서 고려한 계산 구조는 위 그림처럼 실리콘 나노선을 은으로 덮은 구조이다. z축 방향으로 표면플라즈몬을 도파시키는 도파로이다. 실리콘 나노선의 단면 모양에 따라 도파특성이 어떻게 달라지는지 알아보는 내용이다. 은을 덮을 때 발생하는 공기틈의 유무도 고려하였다. 

그림 (a)에서 보인 네 가지 실리콘 나노선의 단면 모양은 모두 현재 기술로 제작 가능한 모양이다. 나노선의 폭 d = 80 nm 이다.

2.

공기 구멍이 없을 때의 결과.

공기틈이 없는 구조에서 각 모양에 따라 나타나는 도파특성을 나타낸 그림. 도파길이(propagation length)와 모드넓이(mode area)의 계산결과 값을 그래프로 나타내었다. TM-like 모드에서는 육각형 단면이 도파 길이가 가장 길게 나타났다.

전자기 에너지 밀도 분포 그림. 각 단면 모양에 따라 분포가 달라지는 모습을 볼 수 있다. 

전기장과 자기장의 모양. 방향을 알아볼 수 있도록 벡터장 모양도 함께 보였다.

3.

공기틈이 있을 때의 결과.

도파길이와 모드넓이 그래프. 동그란 단면 도파로에서 TE-like 모드의 경우 공기틈이 있을 때 도파길이가 훨씬 길어진다. 이는 APEX에 발표했던 실험논문과 같은 구조이기도 하다.

전자기 에너지 밀도 분포. 

전기장과 자기장 분포. 벡터장 그림도 함께 그렸다.

4.

표로 정리한 값.

5. 

금속을 덮은 실리콘 나노선 플라즈몬 도파로를 제작할 때, 어떤 단면을 선택할지, 그리고 공기틈이 있도록 만들지 없도록 만들지에 대해 구체적인 값으로 보여주어 실제적인 설계에 도움을 주고자 하는 의도이다. 실리콘 나노선 단면 모양에 따라 도파특성이 크게 달라짐을 알 수 있었다. 모드넓이를 최소로 하고 싶거나 도파길이를 최대로 하고 싶을 때 필요에 따라 구조를 선택할 수 있는 안내지가 될 것이다.

2014년 2월 8일

끝.

1. Yongsop Hwang, Min-Soo Hwang, Won Woo Lee, Won Il Park, and Hong-Gyu Park*, "Metal-Coated Silicon Nanowire Plasmonic Waveguides" Appl. Phys. Express 6, 042502 (2013). [본문으로]