第三章 時域有限差分(FDTD)法三維奈米結構陣列 光學模擬分析
3.3 奈米結構光學模擬分析結果
300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800
Wavelength(nm)
100~500nm結構反射率檢測結果
300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800
Wavelength (nm)
Reflectance(%) 100nm
200nm
3.3.2 3D奈米結構形狀及高度影響
本節針對
300nm
週期的角錐與圓錐兩種形狀之奈米結構，分別於不同高度情況下模擬其光學性質：
（
1
）角錐結構分析我 們 依 不 同 的 高 寬 比 長 度 做 模 擬 分 析 ， 光 譜 量 測 範 圍 從
250~800nm
，對於穿透率與反射率其結果見圖3.9
。當高寬比≧0.8
時，其穿透率會有從
98
％到99.8
％往上升的效果，而反射率有下降的趨 勢，且均小於1%
。在可見光部分（約400nm~800nm
）所得到的反射 率效果大約低於0.2
%。（
2
）圓錐結構分析依照上述的方式對圓錐結構分析穿透率與反射率，其結果如圖
3.10
所示，當高寬比≧0.8
時，反射率均小於1%
。但在可見光波段的 光譜起伏較多，且三角錐結構分析結果較不平順。（a）
（b）
圖
3.9
不同高寬比長度的三角錐結構在可見光波段光譜分析(a)
穿透率光譜(b)
反射率光譜（a）
（b）
圖
3.10
不同高寬比長度的圓錐結構在可見光波段光譜分析(a)
穿透率光譜(b)
反射率光譜圖3.11為圖3.9數據之反射率之頻譜3D表達方式，結果更清楚展 現尖錐結構高度對反射率的影響。
圖
3.11 3D
奈米尖錐陣列結構之光學反射率模擬結果根據有限時域差分法針對不同高寬比的反射率比較，顯示當高 寬比≧0.8時，在波長250nm~800nm的反射率均小於1%。表3.3為尖錐 於波長350、550及750nm之反射率比較。
表
3.3 3D
奈米尖錐陣列結構於不同高寬比之反射率值Reflectance (%)
Wavelength_(nm) 350nm 550nm 750nm Λ300_d600 (d/Λ=2) 0.001 0.03 0.1 Λ300_d400 (d/Λ=1.3) 0.005 0.1 0.07
Λ300_d300 (d/Λ=1) 0.01 0.02 0.39 Λ300_d240 (d/Λ=0.8) 0.03 0.13 0.89 Λ300_d150 (d/Λ=0.5) 0.51 1.48 2.53
圖3.12為入射光通過三維圓錐陣列結構(結構高度為150nm增加 至600nm)進入高分子膜片，藉由FDTD數值運算方法獲得的反射率之頻 譜(250nm~800nm)結果。表3.4為圓錐於波長350、550及750nm之反射 率比較。
圖
3.12 3D
圓錐陣列結構之光學反射率模擬結果表
3.4
圓錐陣列結構於不同高寬比之反射率值Reflectance (%)
Wavelength_(nm) 350nm 550nm 750nm Λ300_d600 (d/Λ=2) 0.1 0.04 0.3 Λ300_d400 (d/Λ=1.3) 0.27 0.13 0.54 Λ300_d300 (d/Λ=1) 0.18 0.39 0.63 Λ300_d240 (d/Λ=0.8) 0.27 0.79 0.39 Λ300_d150 (d/Λ=0.5) 0.57 0.6 1.22
根據時域有限差分法針對不同高寬比的反射率比較，結果顯示
當高寬比≧0.8時，在波長250nm~800nm的反射率均小於1%。
300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800
Wavelength(nm)
當接近，除入射光波長為 300nm 時反射率約差 0.2%，其餘波長反射
尖錐陣列結構光學反射率模擬比較。
圖
3.16
不連續尖錐陣列光學反射率表
3.5
不連續尖錐陣列光學反射率模擬結果Reflectance (%)
Wavelength_(nm) 350nm 550nm 750nm Λ300_d600 (d/Λ=2) 2.01 1.71 1.53 Λ300_d400 (d/Λ=1.3) 2.58 3.30 1.66 Λ300_d300 (d/Λ=1) 2.83 3.47 2.10 Λ300_d240 (d/Λ=0.8) 3.26 3.47 2.50 Λ300_d150 (d/Λ=0.5) 3.94 3.68 2.77
(b) 圓錐結構
與上節相類似，圓錐模擬結果如圖3.18及表3.6，可見當結構若 發生不連續情況，同樣發生次波長效應不明顯之情況，介質表面之反 射率同樣大幅增加。圖3.19則為於入射光波長500nm時，連續與不連 續圓錐陣列結構光學反射率模擬比較。
圖
3.18
不連續圓錐陣列光學反射率表
3.6
不連續圓錐陣列光學反射率模擬結果Reflectance (%)
Wavelength_(nm) 350nm 550nm 750nm Λ300_d600 (d/Λ=2) 1.76 1.49 1.53 Λ300_d400 (d/Λ=1.3) 2.06 1.79 2.16 Λ300_d300 (d/Λ=1) 3.12 3.7 1.56 Λ300_d240 (d/Λ=0.8) 2.62 4.17 1.36 Λ300_d150 (d/Λ=0.5) 3.82 3.47 2.32
圖
3.19
連續與不連續圓錐陣列光學反射率模擬比較根據有限時域差分法針對不同高寬比的反射率比較，結果顯示 由於當結構發生不連續，表示結構間存在有平面部分，造成高寬比即 使等於或大於1的條件下，在波長250nm ~ 800nm的反射率均大於1%，
表示奈米蛾眼結構製作時排列盡可能緻密是重要條件。
3.3.4 3D 奈米結構複合影響
本研究進一步設計幾款不同大小或形狀的複合結構進行模擬，如 圖3.20。
較大之結構尺寸(寬500nm高300nm)。
R=2%
R=2%
R=1%
R=1%
(a) (b)
R=2%
R=1%
(c)
圖
3.21
複合結構模擬結果(a)
大小圓錐混合(b)
大小尖錐混合(c)
大尖錐與小圓錐混合因考量現今製程能力無法實現類似組合性奈米結構，故複合型態 僅就上述結果進行初步之模擬與探討。
3.2.5 結果比較與討論
於完成上述奈米結構相關光學模擬，針對本研究之可見光抗反射 目的，進一步分析可獲致下述結論：將
3D
角錐結構與圓錐結構於從 可見光波段部份（250nm
、450nm
、550nm
、650nm
、750nm
），在不同的結構高寬比比較其反射率，如圖
3.22
所示。分析結果發現角錐 結構在高寬比從0.8
到2
時，從紫外光到可見光波段部份的反射率較 圓錐結構為低，而且反射率的變動也比較平緩，因此我們推測高寬比 較大之角錐結構的抗反射效果較佳。而於較小高寬比(<0.8)
結構時，圓錐結構其抗反射效果反而有較為理想之趨勢。
(a)
(b)
圖