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圖3-1基板之單層膜反射率與膜厚之關係[4]
3-3 單層膜
當在基板 nS鍍上如圖 3-3 所式，折射率為 n，厚度為 d 之單層膜後，薄膜與基 板構成兩個介面 a 和 b。於是入射波由介質 n0入射，經由介面 a 與 b 反射，會在 a、
b 介面形成淨電場與淨磁場 Ea、Ha及 Eb、Hb。假設所有的界電質是均勻且各同向性，
介面是平行且可無限延伸。
圖3-2 基板ns上鍍上折射率為n的薄膜，厚度為d示意圖[4]
由於波的形式為
nz i nz i
wt
i e e
e [
2] 2
式 3-410
11
12
13
14
3-5 二氧化矽(SiO
2)光學特性
二氧化矽材料是無色顆粒狀，且鍍薄膜折射率穩定，在二氧化矽晶體的應用 中，它具有多種晶型，是一種高品質的絕緣層，基本結構單元為四面體，每個矽 原子有 4 個氧原子鍵結在周圍，以矽原子為中心，4 個氧原子在四個頂角；有很多 個晶體通過頂角的氧原子相連接，每個氧原子為兩個晶體所共同擁有，即每個氧 原子與 2 個矽原子相結合。實際上二氧化矽晶體是由 Si 與 O 依照 1：2 的比例所 組合成的立體網狀結構的晶體，如圖 3-4 所示。使用 SiO2來表示二氧化矽的組成。
二氧化矽(SiO2)薄膜已經是一種被廣泛使用的鍍膜材料，例如在半導體技術方面，
SiO2薄膜是最常用來當作絕緣層的一種材料；在鍍膜工業中，SiO2 薄膜也常用來 當作金屬或其他材料的表面抗刮與抗反射膜、反射膜層。[11]
圖3-4二氧化矽（SiO2）結構圖 [9]
圖3-5二氧化矽（SiO2）折射率[1]
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3-6 鋁(Al)材料光學特性
鋁（Al）屬於硼族元素，是一種金屬元素，其化學符號是 Al，原子序數是 13。
相對密度是 2.70。鋁是一種輕且質地堅韌，易延展的銀色金屬。鋁是地殼中第三 大豐度的元素（僅次於氧和矽）。純鋁較軟，在 300℃左右失去抗張強度，熔點 660 度。經處理過的鋁合金更加易延展、堅韌。有著金屬光澤，光滑時表面銀白而 發亮，粗糙時呈暗灰色。無磁性且不易點燃。鋁原子有良好的導電導熱性（為銅 的 59%），而質量遠輕於銅。
鋁反射可見光能力強（約 92%），反射中遠紅外線可達 98%，通常在光學玻璃 的背面，通過真空鍍膜鍍一層金屬鋁薄膜，使入射光反射的光學元件。鋁的折射 係數如圖 3-5 所示，將利用鋁在紫外光波段的低折射率與反射可見光能力強來實 現抗反射薄膜。
圖3-6 鋁折射係數（Al） [2]
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圖3-7 P-type 基版折射係數（P-Si）[16]
根據式 3-3 基板反射率 RS，比較得知當薄膜折射率 n 大於基板折射率 nS時，有薄 膜的反射率 R 會大於無薄膜的基版反射率 Rs，反之當薄膜折射率 n 小於基板折射 率 nS時，有薄膜的反射率 R 將會小於無薄膜的基版反射率 Rs，也就是薄膜有使基 板之反射率升高或降低的功能。欲降低基本之反射率，薄膜之折射率就必須小於 基板之折射率，在膜厚為 λ/4 的奇數倍時，會達到反射率之最小值。考量我們欲 鍍製的薄膜對紫外光抗反射特性，依據圖 3-4~3-6 之鋁、二氧化矽與 Ptype 基板 之折射率，將鍍層鍍製如下圖 3-7
圖3-8 MIS薄膜層示意圖
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3-7 光學模擬
現在的光學薄膜的設計仰賴於強大的電腦模擬。美國光學學會(Optical Society of America) 認為開發軟體對於光學鍍膜的領域而言是一項重大進步。
通過使人們有機會使用功能齊全的光學模擬程式，將減少人們研究時的障礙，希 望這能刺激現有分析和設計方法的改進以及新方法的創建。於是在西元 2008 年時 發布名為 OpenFilters 的模擬軟體[17]。以 Python 和 C++撰寫。可以用於組建單 或多層和漸變折射率濾波光片和計算反射，透射，吸收，相位，群速度延遲，群 速度延遲色散，顏色，橢圓變量，導納圖，圓圖，電場分佈，以及反射，傳輸的 產生、橢圓測量監測曲線和傅立葉轉換，使用介面如圖 3-9 所示。
在本實驗中，我們用 OpenFilters 計算模擬 SiO2薄膜厚度變化時與 Si 基板的 反射率，與依照圖 2.10~13 模擬 SiO2/Si 模擬後，發現控制薄膜厚度會有不一樣的 穿透率的特性，本實驗探討鍍製在 SiO2 在 15 奈米到 50 奈米之間，將為後續實驗 鍍層鍍製造驗證。
圖3-9 OpenFilters 操作設定[17]
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圖3-10 Si基板與SiO2以及將SiO2鍍上Si的反射率與波長關係圖[17]
圖3-11 固定Al20nm/ SiO2 20nm~50nm，模擬反射率與波長關係圖[17]
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