JP2022537546A - 平面光学装置用のエアスペースカプセル化誘電体ナノピラー - Google Patents
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Abstract
Description
分野
本開示の実施形態は、概して、光学装置に関する。より詳細には、ここに記載の実施形態は、平坦な光学装置及び平坦な光学装置を形成する方法に関する。
平坦な光学装置には、光の設計波長の半分よりも小さい面内寸法、及び設計波長のオーダー以上の面外寸法を有するピラーの構成を含む。平坦な光学装置は、ナノ構造の、単一又は複数のピラーの層で構成され得る。平坦な光学装置のピラーは、保護層として機能するだけでなく、多層構成の連続する層の間のスペーサ層として機能するためにカプセル化する必要がある。しかしながら、ナノ構造の平坦な光学装置の場合、高アスペクト比の開口部を埋めることはしばしば困難であり、不均一な間隙充填部が生ずる結果を招く。さらに、ピラーのカプセル化は、ピラーの高さを増加させ、したがって、平坦な光学装置の全体の厚さを増加させる。平坦な光学装置の総厚が増加すると、伝送効率が低下し、製造の複雑さとコストが増加する。したがって、当技術分野で必要とされるのは、改良された平坦な光学装置及び平坦な光学装置を形成する方法である。
一実施形態では、装置が提供される。装置は基板を含む。基板は、その上に形成された第1の複数のピラーの第1の構成を有する。第1の複数のピラーの第1の構成は、高さh及び横方向の距離dを有するピラーと、第1の複数のピラーの隣接するピラーとの間の距離に対応する間隙gとを含む。高さhに対する間隙gのアスペクト比は、約1:1と約1:20との間である。第1のカプセル化層は、第1の複数のピラーの第1の構成の上に配置されている。第1のカプセル化層は、約1.0~約1.5の屈折率を有する。第1のカプセル化層、基板、及び第1の構成の各ピラーは、それらの間の第1の空間を画定する。第1の空間は、約1.0~約1.5の屈折率を有する。
本開示の上記の特徴を詳細に理解することができるように、上記で簡単に要約した本開示のより具体的な説明を、実施形態を参照することによって行うことができ、そのいくつかを添付の図面に示す。しかしながら、添付図面は例示的な実施形態のみを示すものであり、したがって、本開示の範囲を限定すると見なすべきではなく、その他の等しく有効な実施形態も許容されうることに留意されたい。
ここに記載の実施形態は、平坦な光学装置及び平坦な光学装置を形成する方法に関する。一実施形態は、その上に形成された第1の複数のピラーの第1の構成を有する基板を含む。第1の複数のピラーの第1の構成は、高さh及び横方向の距離dを有するピラーと、第1の複数のピラーの隣接するピラーとの間の距離に対応する間隙gとを含む。高さhに対する間隙gのアスペクト比は、約1:1と約1:20との間である。第1のカプセル化層は、第1の複数のピラーの第1の構成の上に配置されている。第1のカプセル化層は、約1.0~約1.5の屈折率を有する。第1のカプセル化層、基板、及び第1の構成のピラーの各々は、それらの間の第1の空間を画定する。第1の空間は、約1.0~約1.5の屈折率を有する。
Claims (20)
- その上に形成されている第1の複数のピラーの第1の構成を有する基板であって;
高さh及び横方向距離dを有するピラー;及び
前記第1の複数のピラーの隣接する前記ピラー間の距離に対応する間隙gを含み、前記間隙gと前記高さhとのアスペクト比は、約1:1と約1:20との間である、前記基板と;
前記第1の複数のピラーの前記第1の構成上に配置されている、約1.0~約1.5の屈折率を有する第1のカプセル化層と
を含み、前記第1のカプセル化層、前記基板、及び前記第1の構成の前記ピラーの各々は、それらの間に約1.0~約1.5の屈折率を有する第1の空間を画定している、装置。 - 隣接する前記ピラー間の前記間隙gが、前記第1のカプセル化層、前記基板、及び前記隣接する前記ピラーによって画定されている前記空間において、空気又は0.001未満の吸収係数を有する透明材料のうちの少なくとも1つを含む、請求項1に記載の装置。
- 前記透明材料が、その中に形成されたナノスケールの多孔性を有するシリカ含有エアロゲル材料を含む、請求項2に記載の装置。
- 前記透明材料及び前記第1のカプセル化層が実質的に同じ材料からなる、請求項3に記載の装置。
- 前記透明材料が、フッ素含有材料又はシリカ含有材料を含む、請求項2に記載の装置。
- 前記間隙gが、前記透明材料の中央開口部に配置されている空隙を有する、請求項2に記載の装置。
- ライナーが前記ピラー上に配置されている、請求項1に記載の装置。
- 前記ライナーが約1ナノメートル(nm)~約200nmの厚さを有する、請求項7に記載の装置。
- 前記第1のカプセル化層上に形成されている第2の複数のピラーの第2の構成であって:
前記高さh及び前記横方向距離dを有するピラー;及び
前記第2の複数のピラーの隣接する前記ピラー間の距離に対応する間隙gを含み、前記間隙gと前記高さhとのアスペクト比は、約1:1と約1:20との間である、前記第2の複数のピラーの前記第2の構成と;
前記第2の複数のピラーの前記第2の構成上に配置されている、約1.0~約1.5の屈折率を有する第2のカプセル化層と
をさらに含み、前記第2のカプセル化層、前記第1のカプセル化層、及び前記第2の構成の前記ピラーの各々は、それらの間に約1.0~約1.5の屈折率を有する第2の空間を画定している、請求項1に記載の装置。 - 前記ピラーが、二酸化チタン(TiO2)、酸化亜鉛(ZnO)、二酸化スズ(SnO2)、アルミニウムがドープされた酸化亜鉛(AZO)、フッ素がドープされた酸化スズ(FTO)、スズ酸カドミウム(酸化スズ)(CTO)、スズ酸亜鉛(酸化スズ)(SnZnO3)、又はシリコン含有材料のうちの1つ又は複数を含む、請求項1に記載の装置。
- その上に形成されている第1の複数のピラーの第1の構成を有する基板であって;
高さh及び横方向距離dを有するピラー;及び
前記第1の複数のピラーの隣接する前記ピラー間の距離に対応する間隙gを含み、前記間隙gと前記高さhとのアスペクト比は約1:1と約1:20との間であり、前記間隙gは、シリカ含有材料内にナノスケールの多孔性を有するシリカ含有エアロゲル材料から構成されており、前記シリカ含有エアロゲル材料は:
前記アスペクト比を有する前記間隙gに配置されている間隙充填部を有する、前記基板と;
前記第1の複数のピラーの前記第1の構成上に配置されている、約1.0~約1.5の屈折率を有する第1のカプセル化層と
を含み、前記第1のカプセル化層、前記基板、及び前記第1の構成の前記ピラーの各々は、それらの間に約1.0~約1.5の屈折率を有する第1の空間を画定している、装置。 - 前記間隙が350ナノメートル(nm)未満である、請求項11に記載の装置。
- 前記高さhが約1500nm以下である、請求項11に記載の装置。
- 前記第1のカプセル化層が50マイクロメートル(μm)未満の厚さを有する、請求項11に記載の装置。
- 前記第1のカプセル化層上に形成されている第2の複数のピラーの第2の構成であって:
前記高さh及び前記横方向距離dを有するピラー;及び
前記第2の複数のピラーの隣接する前記ピラー間の距離に対応する間隙gを含み、前記間隙gと前記高さhとのアスペクト比は、約1:1と約1:20との間である、前記第2の複数のピラーの前記第2の構成と;
前記第2の複数のピラーの前記第2の構成上に配置されている、約1.0~約1.5の屈折率を有する第2のカプセル化層と
をさらに含み、前記第2のカプセル化層、前記第1のカプセル化層、及び前記第2の構成の前記ピラーの各々は、それらの間に約1.0~約1.5の屈折率を有する第2の空間を画定している、請求項11に記載の装置。 - 前記ピラーが、二酸化チタン(TiO2)、酸化亜鉛(ZnO)、二酸化スズ(SnO2)、アルミニウムがドープされた酸化亜鉛(AZO)、フッ素がドープされた酸化スズ(FTO)、スズ酸カドミウム(酸化スズ)(CTO)、スズ酸亜鉛(酸化スズ)(SnZnO3)、又はシリコン含有材料のうちの1つ又は複数を含む、請求項11に記載の装置。
- 第1の複数のピラーの第1の構成を基板の表面上に形成することであって、前記第1の複数のピラーの前記第1の構成が:
高さh及び横方向距離dを有するピラー;及び
前記第1の複数のピラーの隣接する前記ピラー間の距離に対応する間隙gを含み、前記間隙gと前記高さhとのアスペクト比は、約1:1と約1:20との間である、前記形成することと;
シリカ含有エアロゲル材料にナノスケールの多孔性を形成するための前記シリカ含有エアロゲル材料形成プロセスを含む、前記シリカ含有エアロゲル材料を堆積することであって、前記シリカ含有エアロゲル材料は、
前記アスペクト比を有する前記間隙gに配置されている間隙充填部;及び
前記間隙充填部及び前記第1の複数のピラーの前記第1の構成の上に配置されているカプセル化部分を含む、前記シリカ含有エアロゲル材料を堆積することと
を含む方法。 - 前記ピラーが、二酸化チタン(TiO2)、酸化亜鉛(ZnO)、二酸化スズ(SnO2)、アルミニウムがドープされた酸化亜鉛(AZO)、フッ素がドープされた酸化スズ(FTO)、スズ酸カドミウム(酸化スズ)(CTO)、スズ酸亜鉛(酸化スズ)(SnZnO3)、又はシリコン含有材料のうちの1つ又は複数を含む、請求項17に記載の方法。
- 前記シリカ含有エアロゲル材料形成プロセスが:
溶媒中のシリカ前駆体溶液に触媒を加えることによってシリカゾルゲルを調製することと;
前記溶液をエージングすることと;
前記ゾルゲルを配置することと;
前記溶媒を除去して、前記シリカ含有エアロゲル材料を形成することと
を含む、請求項17に記載の方法。 - 前記シリカ前駆体が、テトラエチルオルトシリケート(TEOS)、テトラメチルオルトシリケート(TMOS)、メチルトリメトキシシラン(MTMS)、メチルトリエトキシシラン(MTMS)、メチルトリエトキシシラン(MTES)、ポリエトキシジシロキサン(PEDS)、フッ化水素酸(HF)、塩化水素(HCl)、硝酸(HNO3)、硫酸(H2SO4)、シュウ酸(C2H2O4)、酢酸(CH3COOH)、トリフルオロ酢酸(TFA)、又は水酸化アンモニウム(NH4OH)のうちの1つ又は複数を含む、請求項19に記載の方法。
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