Optical characterization of one-dimensional porous silicon photonic crystals with effective refractive index gradient in depth

Abstract

In this paper, we report the results of the investigation about the optical properties of one‐dimensional photonic crystals based on porous silicon multilayer structures having unit cells with optical properties that vary as a function of the device thickness. These devices were obtained by anodizing crystalline silicon in electrolyte aqueous solution of HF at different concentrations. The effective refractive index and extinction coefficients, of porous silicon layers of unit cells had been obtained by fitting the experimental reflectance spectra using the transfer matrix method. The effective–refractive indexes, for devices obtained in electrolyte solution of high HF concentration, were shown to have a significant gradient in the depth of the layers, whereas it was low (negligible) for devices obtained in electrolyte solution with low HF concentration, but the mechanical stability of these latter devices is poor. It was found that this fragility depends on the layer number and upon their physical thicknesses ratio.

Caracterización óptica y estructural de monocapas de silicio poroso por medio de reflectancia en la región visible y rayos X

“…En relación al espesor, el valor determinado por EIL difiere en 21%, aproximadamente, en relación al valor medido (8400 nm) a partir de la imagen MEB (incrustada en la Figura 5). Esta diferencia puede ser explicado considerando que nSi y nmet varían en función de la longitud de onda [2,6], las limitaciones del modelo matemático y de la forma geométrica dos poros. La variación de nSi y nmet indica que la OT también varía con , siendo ésta más crítico en el intervalo entre 200 nm y 600 nm y razón por la cual el valor de d resultara siendo de menor en comparación con aquel obtenido en la región infrarroja.…”

“…El silicio poroso (SP) es un material ampliamente investigado debido a sus singulares propiedades químicas y físicas que hacen de este material un excelente matriz para aplicaciones tecnológicas, tales como en el campo de la fotónica, por ejemplo, debido a la posibilidad de controlar sus propiedades ópticas durante el proceso de formación de la estructura porosa [1,2]. En ese sentido, una de las aplicaciones es la fabricación de cristales fotónicos unidimensionales (1D-CF).…”

“…En ese sentido, una de las aplicaciones es la fabricación de cristales fotónicos unidimensionales (1D-CF). Los 1D-CF son estructuras donde capas con diferente espesores e índice de refracción son apiladas en forma periódica [2,3].…”

“…Sin embargo, diversos grupos de investigación [3,4] demostraron que, para condiciones electroquímicas y de substrato invariables, la porosidad y el espesor varían a lo largo de la espesura. Resultados similares fueron observados en capas porosas relativamente gruesas [2,3]. La formación de un gradiente de porosidad (índice de refracción) y del espesor es un efecto no deseado en el campo de los 1D-CF debido a que desvía la respuesta óptica experimental de su contraparte teórica [2,5].…”

“…Resultados similares fueron observados en capas porosas relativamente gruesas [2,3]. La formación de un gradiente de porosidad (índice de refracción) y del espesor es un efecto no deseado en el campo de los 1D-CF debido a que desvía la respuesta óptica experimental de su contraparte teórica [2,5]. Consecuentemente, con el propósito de evitar ese efecto, es necesario optimizar las técnicas de caracterización.…”