Перестраиваемые одномерные фотонные кристаллы на основе щелевого кремния и жидкокристаллического наполнителя тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ им. А. Ф. ИОФФЕ

На правах рукописи

□ОЗП54и4Ь

ЖАРОВА Юлия Александровна

ПЕРЕСТРАИВАЕМЫЕ ОДНОМЕРНЫЕ ФОТОННЫЕ КРИСТАЛЛЫ НА ОСНОВЕ ЩЕЛЕВОГО КРЕМНИЯ И ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО НАПОЛНИТЕЛЯ

01.04.10

физика полупроводников

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург 2007 г.

003054045

Работа выполнена в Физико-техническом институте им. А. Ф. Иоффе РАН и Санкт-Петербургском Университете Информационных технологий, механики и оптики (СПбГУ ИТМО)

Научные руководители:

Доктор технических наук, профессор A.M. Скворцов Кандидат физико-математических наук, с.н.с. Е.В. Астрова

Официальные оппоненты:

Доктор физико-математических наук Г.Ф. Глинский Кандидат физико-математических наук А. Б. Певцов

Ведущая организация:

Институт проблем технологии микроэлектроники ИПТМ РАН г. Черноголовка

Защита состоится " . 2007 г. в /^часов на заседании

диссертационного совета К 002.205.02 Физико-технического института им. А. Ф. Иоффе РАН, 194021, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 26.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФТИ им. А. Ф. Иоффе РАН.

Автореферат разослан 007 г.

Отзывы об автореферате в двух экземплярах, заверенные печатью, просьба высылать по вышеуказанному адресу на имя ученого секретаря диссертационного совета.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат физико-математических наук

Куликов Г.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Фотонные кристаллы (ФК) - диэлектрические среды с периодически изменяющей диэлектрической проницаемостью, период которых соизмерим с длиной волны электромагнитного излучения. По аналогии с энергетическим спектром электронов в обычных атомных кристаллах ФК характеризуются запрещенными и разрешенными зонами для фотонов, дисперсионным законом, плотностью состояний, зонами Бриллюэна [1]. Термин «фотонный кристалл» был предложен Яблоновичем, обобщившим представление о хорошо известных одномерных (Ш) ФК -диэлектрических брэгговских зеркалах на двух (20) и трехмерный (ЗГЗ) случай [2]. Технологические достижения в области получения структур с микронными и субмикронными размерами в последние десятилетие сделали возможным изготавливать ФК с фотонными запрещенными зонами (ФЗЗ) в области оптических частот. Наиболее интересными свойствами ФК являются подавление спонтанной эмиссии атомов и молекул и локализация света [3].

Среди множества применений ФК особое место занимают интегральная оптика и, в частности, кремниевая микрофотоника, которую можно рассматривать как оптический эквивалент микроэлектроники для интегральных схем. Обработка информации внутри чипа может осуществляться как с помощью оптических элементов, так и электронными компонентами в сочетании с оптическими. В последнем случае кремниевая микрофотоника базируется на элементах, интегрированных в чип, таких как излучатели, волноводы, детекторы, модуляторы, использование которых должно обеспечить высокую скорость обработки информации. Последние успехи в области создания эффективных кремниевых излучателей в спектральной области Х=1.1-1.6мкм [4, 5, 6] открывают путь к созданию полностью кремниевой оптоэлектропики. Управление световыми потоками внутри чипа и контроль излучательных мод на краю ФЗЗ или в области дефектных мод микрорезонатора делает актуальной задачу по разработке

соответствующих фотонных структур на основе кремния. Во многих случаях интегрированных элементов оказывается достаточным изготовить одно- и двумерные структуры ФК, технология которых существенно проще. Наиболее удобно получать фотонные структуры путем формирования периодических пустот в кремниевой подложке. Это обеспечивает высокий контраст показателя преломления кремний-воздух и позволяет получать широкие ФЗЗ. Заполнение пустот различными материалами приводит к формированию композитных ФК, с сохранением достаточно высокого контраста показателя преломления.

Недавно было показано, что анизотропное химическое травление кремния, ориентированного в плоскости (110) [7], в сочетании с высокоразрешающей фотолитографией позволяют изготавливать интегрированные в чип ID ФК для среднего ИК-диапазона [8]. Эта технология легла в основу настоящей диссертационной работы. Она обеспечивает получение в кремнии глубоких и узких щелей, ограниченных оптически гладкими стенками - плоскостями (111), и хорошо сочетается с технологией кремниевых интегральных схем.

Дополнительные возможности и большая функциональная гибкость появляются, если ФЗЗ может изменяться в реальном времени. Практически это означает, что спектр отражения ФК перестраивается под действием внешних факторов. Перестройка ФЗЗ может происходить за счет изменения геометрических размеров решетки ФК (деформация, тепловое расширение) или за счет изменения показателя преломления одной из компонент. В кремниевых ФК на основе монокристаллического кремния его показатель преломления может быть изменен путем генерации свободных носителей за счет инжекции из р-n перехода или оптического возбуждения. Перестройка ФЗЗ в этом случае характеризуется высоким быстродействием (~1 не), но малым спектральным сдвигом ФЗЗ, т.к. изменение показателя преломления мало (An < 10~3). Значительно больший эффект может быть получен в композитных ФК, пустоты которых заполнены материалами с

управляемыми оптическими константами. В теоретической работе [9] было предложено использовать пематический жидкий кристалл (ЖК) для инфильтрации полостей инвертированного опала, где показатель преломления ЖК может существенно изменяться с помощью электрического поля. Последовавшие за этим экспериментальные работы демонстрировали в кремниевых ФК в основном термооптический эффект [10, 11], происходивший за счет фазового перехода ЖК из мезофазы в изотропное состояние. Композитные Ш ФК на основе щелевого кремния позволяют использовать электрическое поле для управления ФЗЗ, что наиболее интересно с практической точки зрения.

Цель работы.

Целью настоящей работы явилось создание перестраиваемого одномерного фотонного кристалла на основе щелевого кремния с жидкокристаллическим наполнителем.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. рассчитать оптические характеристики структур;

2. разработать конструкцию и технологию получения композитного ФК;

3. исследовать ориентацию директора ЖК в щелях кремниевой матрицы;

4. разработать методы воздействия, позволяющие изменять показатель преломления ЖК;

5. исследовать оптические характеристики полученных композитных структур.

Научная иовизна.

1. Проведены расчеты спектров отражения композитных

одномерных фотонных кристаллов на основе щелевого кремния с

разным периодом, фактором заполнения и показателем преломления ЖК. Построены карты фотонных запрещенных зон. Проведен расчет ожидаемого сдвига ФЗЗ в результате изменения показателя преломления жидкокристаллического наполнителя.

2. Разработаны варианты конструкций и технология получения композитного одномерного фотонного кристалла на основе щелевого кремния с нематическим жидкокристаллическим наполнителем.

3. Разработаны и изготовлены периодические структуры со встречно-штыревыми кремниевыми электродами на основе подложки «кремний на изоляторе» для исследования электрооптического эффекта в композитном фотонном кристалле.

4. Проведены исследования ориентирующего действия стенок щелевого кремния на молекулы ЖК на основе смеси цианобифенилов (Е7). Установлено, что при введении ЖК при комнатной температуре молекулы ЖК выстраиваются преимущественно вдоль канавок щелевого кремния.

5. Исследованы изменения спектра отражения композитного фотонного кристалла при нагреве его выше температуры фазового перехода жидкокристаллической компоненты (термооптический эффект).

6. Продемонстрирован воспроизводимый сдвиг краев фотонной запрещенной зоны одномерного фотонного кристалла под действием внешнего электрического поля. Величина полученного электрооптического эффекта ДХ.=0.19 мкм, что составляет около 1.9% для края зоны при длине волны А.^10 мкм.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Методом анизотропного щелочного травления пластин кремния ориентации (110) можно получать периодические щелевые структуры с

фотонными запрещенными зонами в спектральной области 1.4-15 мкм для света, распространяющегося в плоскости пластины.

2. Карты фотонных запрещенных зон одномерного фотонного кристалла - удобный инструмент для прогнозирования оптических характеристик периодических щелевых структур и анализа экспериментальных спектров их отражения и пропускания.

3. Периодическая щелевая структура встречно-штыревых кремниевых электродов на подложке «кремний на изоляторе», заполняемая нематическим жидким кристаллом, позволяет создавать композитный фотонный кристалл и перестраивать спектральное положение его фотонных запрещенных зон с помощью внешнего электрического поля.

4. Электрооптический эффект в жидкокристаллическом наполнителе полученного композита обеспечивает сдвиг коротковолнового края фотонной запрещенной зоны, расположенной вблизи X = 10 мкм, на АХ1Х =1.9%. Характерное время электрического управления световым потоком составляет ~ 30 мс, пороговое напряжение переключения 2 В.

Практическое и научное значение диссертации:

Выполненные в работе исследования позволили сделать шаг в решении важной научно-технической проблемы по созданию электроуправляемых фотонных кристаллов, интегрированных в кремниевый чип. Продемонстрированные принципы формирования управляемых структур с запрещенной фотонной зоной на основе кремния могут служить основой для создания элементов микрофотоники (отражателей, микрорезонаторов, оптических фильтров, модуляторов, волноводов и т.д) в практически важных областях длин волн ближнего и среднего ИК-диапазона.

Апробация работы:

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на 9 международных, 6 всероссийских конференциях и симпозиумах.

Работа отмечена следующими дипломами:

Выступления на 3 Всероссийских молодежных конференциях были отмечены дипломами. Исследования, приведенные в диссертации, были включены в цикл работ, получивших призовое место на конкурсе лучших работ ФТИ в 2005 году.

Публикации: По материалам диссертации опубликовано 24 научных труда, в том числе 8 статей в научных журналах и сборниках и 16 тезисов докладов.

Структура и объем работы: Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка публикаций автора, приложения и списка цитируемой литературы. Общий объем диссертации составляет 3

страницы машинописного текста, включая рисунков и /3 таблиц.

Библиография содержит «/У наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении дана общая характеристика диссертации, обоснована актуальность темы данной работы, определены цели и задачи исследований, изложены научная новизна и практическая значимость работы, сформулированы основные положения, выносимые на защиту. Проведен анализ литературы, в котором рассмотрены основные свойства, методы получения и применения фотонных кристаллов.

В первой главе приведены результаты расчета спектров отражения одномерных фотонных кристаллов на основе щелевого кремния, выполненные с помощью метода матриц переноса [12].

Рис. 1. Поперечное Сечение структуры щелевого кремния. Изображение в электронном сканирующем микроскопе,

1 Три проведении расчетов использовались программы для математического редактора М;11ИСАП. Расчеты проводились В предположении нормального падений света, постоянства показателей преломления с иста кремния воздуха и жидкого кристалла Пжь: В пределах рассматриваемого диапазона длин волн и отсутствия поглощения. Рассмотрены два типа структур: кремний-воздух с толщиной стенок 0$, и шириной щели Д,„. и кремний - жидкий кристалл с соответствующими геометрическими параметрами Ц» и Ожк с разным количеством периодов /и--2-20. Показано, что за счет высокого контраста показателя преломления пУп<т'=3.42 па спсктрс отражения хорошо выраженные стон-зоны образуются уже при малом числе периодов т-2. Структуры щелевого кремния с малым периодом А < 3 мкм, сложно получить с оптическими толщинами слоев Х/4, для которых фактор заполнения/31 Оц/Л 0,226. Таким Образом, возникла необходимость прогнозирования характеристик и анализа экспериментальных данных структур для более широкого диапазона факторов заполнения. Для этого были построены карты ФЗЗ. представляющие собой замкнутые Области в координатах 0^/А-/(АА) или В$/А =/(Я) , границы которых соответствуют фиксированному значению коэффициента отражения (77=0.999 для т>2 или Л =0,9? для т=2), принимаемому за край запрещенной зоны Пример карт ФЗЗ приведен иа рис. 2, из которых видно как сдвигаются края ФЗЗ в результате заполнения

щелевого кремния ЖК (рие. 2а) т.е. за счет изменения оптического контраста ФК с 3.42/1 на 3.42/1.7. и при изменении показателя преломления ЖК на Дп=0.2 (рис. 26).

3 0.4 Шл / .

оЖ, й-

0.7;

3 06

¿0.5

0.9:

0.8

0.4 0.3 0.2 0.1

8 10 12 14 16 18 4 6

Л, мкм

8 10 12 14 16 18

X, мкм

а)

б)

Рис. 2. Карты ФЗЗ структуры с Л=3 мкм и т= 2: а) области ФЗЗ пустого (пунктирная линия) и заполненного ЖК с я=1.7 фотонного кристалла (сплошная линия); б) карты ФЗЗ композитного фотонного кристалла, заполненного наполнителем с показателем преломления и = 1.5 (пунктирная лиешя) и и =1.7 (сплошная линия).

На рис. 3 показаны основные варианты ориентации директора нематического ЖК в матрице щелевого кремния и соответствующие величины показателя преломления для использовавшейся в работе жидкокристаллической смеси Е7. Результаты расчетов, проведенных для оценки электро- и термооптического эффектов в таких композитных структурах сведены в таблицу 1. Из таблицы видно, что максимальный эффект ДЯ.=0.54 мкм можно ожидать за счет электрооптического эффекта, когда молекулы ЖК при нулевом напряжении К=0 имеют однородную планарную ориентацию относительно стенок и направление этой ориентации совпадает с поляризацией света. Расчеты, выполненные для оценки сдвига ФЗЗ в зависимости от фактора заполнения, показывают, что величина сдвига возрастает по мере уменьшения фактора заполнения.

По^

кремниевые стенки

IR beam

earn

R \ Nf

T

а) гомеотропная

n =1.49

молекулы ЖК П | кремниевые стенки

х / \ / / \

п/' У \

I

IR beam

R

н\ Vj

VV

\

-—ь-Т б) изотропная

\ /7=1.56 Л п.=1.54

молекулы ЖК кремниевые стенки

IR beam

и

JV&

\

kW

'Т

в)однородно планарная

п =1.69

молекулы ЖК

Рис. 3. Ориентация молекул ЖК в Ш ФК относительно стенок Б! и вектора поляризации падающей световой волны.

Таблица 1. Расчет сдвига коротковолнового края основной (А,=10 мкм) и второй (л~6 мкм) фотонных зон в зависимости от изменения показателя преломления ЖК в канавках для структуры с т= 2, с периодом А—2.8 мкм, /=0.45._

Изменение Ижк Дп Основная зона Вторая зона Тип внешнего воздействия

<:8 Сдвиг края А)., мкм <т) Сдвиг края ДА,, мкм

п0 п1 1.49—>1.54 0.05 0.003 0.13 0.01 0.09 Тепло

пе п, 1.69—>1.54 0.15 0.001 0.40 0.02 0.28 Тепло

Пе "о 1.69—>1.49 0.2 0.013 0.54 0.31 0.39 Электрическое поле

й -> па 1.56—>1.49 0.07 0.005 0.19 0.01 0.13 Электрическое поле

где п,- показатель преломления обыкновенного луча в ЖК; пе— показатель преломления необыкновенного луча в ЖК; п - среднее значение показателя преломления неупорядоченного ЖК в мезофазе, п, - показатель преломления ЖК в изотропном состоянии при температуре выше фазового перехода.

Во второй главе изложена технология получения щелевых структур и конструирования композитных фотонных структур. В работе использовались пластины монокристаллического кремния ' п-типа с удельным сопротивлением 15 Ом-см, ориентированного в плоскости (110); толщина

пластин составляла 190-220 мкм. В работе был применен способ прецизионной ориентации длинной стороны формируемых канавок параллельно с.чсду плоскостей (111) с помощью специальных знаков совмещения, представляющих собой веер из 180 полос шириной 5 мкм, расположенных радиально с шагом 0.1". Для этого использовалась дополнительная технологическая операция формирования и последующего щелочного травления знаков совмещения. Анизотропное травление осуществлялось в 44% водном растворе КОН при температуре 70°С на глубину 30-40 мкм, маской служила пленка термического оксида кремния. Были изготовлены различные структуры с периодом от 2 до 64 мкм и количеством периодов от 2 до 16. Чипы с различными типами приборных структур содержат кроме самой периодической структуры вспомогательные резервуары и каналы для заполнения ее Ж К, рамку, препятствующую вытеканию ЖК из чипа и контактные площадки для присоединения электродов (рис.4).

Рис.4. Топология чипа - рисунок маски фотошаблона для травления периодических структур с т=1 со встречно-штыревыми электродами для создания композитных ФК.

Для исследования зл с ктр оопти ч ее ко го эффекта были спроектированы и изготовлены периодические щелевые структуры со встречно-штыревыми кремниевыми электродами, изолированными от подложки с помощью р-п-

перехода или слоя SiCb (подложка SOi - «кремний на изоляторе»). Внешний вид таких структур и схема поперечного ссчсппя структуры на SOI подложке приведены на рис,5.

Рис. 5. Образец со встречно-штыревой структурой кремниевых электродов: а) изображение структуры, полученное с помощью электронного сканирующего микроскопа; б) схема поперечного сечения образна с электродами, изолированными от податкки с помощью слоя SiO^-

Образцы на SO) подложке показали лучшие характеристики, чем с р-п-переходОм. Они имели хорошую изоляцию: при подаче напряжения 506 к электродам структуры ток утечки составил не более 1 мкА. На них было удобно контролировать глубину травления по появлению на дне щелей слоя Si02.

В третьей главе описаны основные свойства ЖК, обоснован выбор ЖК для создания композитного одномерного ФК и исследована ориентация молекул ЖК в щелевом кремнии как после инфильтрации, так и при приложении электрического поля к ЖК внутри щелевой структуры. В качестве наполнителя щелевого кремния была выбрана хорошо известная смесь Е7 фирмы Merck аематический жидкий кристалл па основе смеси цианобифенилов с положительной анизотропией диэлектрической постоянной AfP-O и высокой анизотропией показателя преломления в ИК области спектра (Дп=О.20 при А.= 10 6 мкы). Основными критериями выбора данной жидкокристаллической смеси были: существование мезофазы при Комнатной температуре (температура перехода в изотропную фазу 58"С) и высокое значение àn.

Как было показано в главе 1, величина спектрального сдвига краев ФЗЗ зависит от ориентации директора ЖК в мезофазе при нулевом внешнем напряжении У=0. Поэтому вопросу ориентации молекул ЖК в щелевой структуре уделялось значительное внимание. Методы создания микрорельефа на поверхности электродов, обычно используемые в ЖК объемных ячейках, неприменимы к щелевым кремниевым структурам, а возникающая преимущественная ориентация обусловлена геометрией канавок и взаимодействием ЖК с поверхностью Si, данные о котором в литературе отсутствуют. Для исследования поведения ЖК в щелевых структурах применялись поляризационные методы оптической микроскопии, ИК-спектрометрии и комбинационного рассеяния света (КРС) при падении света перпендикулярно плоскости подложки. В последних двух методиках исследовалась интенсивность пиков оптического поглощения и КРС, обусловленных поляризационно-зависимыми колебаниями внутри молекул ЖК. Эти пики при частотах 2226 см"' и 1606 см"' соответствуют колебаниям вдоль, а при 817 см"' поперек длинной стороны палочкообразной молекулы ЖК Е7 и меняют интенсивность в зависимости от ориентации директора. Щели образца ориентировали параллельно и перпендикулярно вектору поляризации падающего света и определяли дихроичное отношение пиков ИК-поглощения или компоненты рассеянного света при измерении КРС (micro Raman). Было установлено, что после инфильтрации щелей жидкокристаллической смесью при комнатной температуре директор направлен вдоль канавок. Это состояние имеет низкое значение ориентационного порядка SN).065 и характеризует взаимодействие ЖК с кремниевыми стенками как слабое.

Воспроизводимый электрооптический эффект был зарегистрирован в поляризационном микроскопе и с помощью КРС при приложении к кремниевым электродам постоянного и переменного напряжения. Пороговое напряжение для 5-перехода Фредерикса составило 2 В, (рис.6) что хорошо согласуется с параметрами ЖК Е7.

0,1-

10

Рис.6. Электрооптический эффект, зарегистрированный с помощью КРС. Зависимость деполяризационных отношений Ru и R? от приложенного постоянного напряжения для образца щелевого кремния, заполненного ЖК. Кривая Ru для ориентации щелей параллельно поляризации возбуждающего лазера (А.=514 нм), кривая Л, - перпендикулярной ориентации.

В четвертой главе приводятся экспериментальные данные по исследованию оптических характеристик 1D ФК и их трансформации под действием внешних факторов: тепла и электрического поля. Экспериментальные спектры отражения и пропускания 1D ФК, измерялись с помощью Фурье спектрометра Digilab-6000, оснащенного ИК микроскопом UMA 500 в диапазоне длин волн 1.4 - 15 мкм при апертуре прямоугольной формы 10x20 мкм2. Схема измерений представлена на рис.7, а спектры, полученные для незаполненной матрицы 1D ФК на рис.8.

Grooves Si

/

(Transmission

IR beam

Reflectance

Рис.7. Схема измерения спектров пропускания и отражения в структурах на основе щелевого кремния.

А,МКМ

Рис.8. Оптические характеристики Ш ФК с периодом решетки Л=3 мкм и числом периодов т=6: а) карта ФЗЗ (7?>0.999); б) спектры отражения (/?) и пропускания (7); в) расчетный спектр для 0$\/А= 0.4.

На рис.8 ФЗЗ проявляются как области высокого отражения (Я) и соответствующие им области низкого пропускания (Т). Кроме основной ФЗЗ на экспериментальных спектрах хорошо видно еще несколько ФЗЗ более высокого порядка.

Процесс исследования оптических характеристик композитных структур состоял из следующих этапов. Сначала снимались спектры незаполненной матрицы и осуществлялся поиск расчетного спектра, наилучшим образом совпадающего с экспериментальным. При расчете варьировался фактор заполнения. Таким образом, определяли толщину

кремниевой стенки Цу, в измеренной структуре. Затем в щели структуры вводили ЖК и снимали спектры композитного ФК. Теперь при подгонке расчетного спектра к экспериментальному использовалась найденная ранее величина Д» а подгоночным параметром было значение показателя преломления ЖК. На рис.9 показаны спектры щелевого образца, заполненного ЖК, из которых видно, что для двух ортогональных поляризаций света (вдоль щелей Е и перпендикулярно подложке Н) края ФЗЗ сдвинуты друг относительно друга. В результате было найдено, что пжк = 1.52 и 1.67 для Н и Е - поляризаций, соответственно, что свидетельствует о преимущественной ориентации директора ЖК вдоль щелей.

Ак АХ

10

X, мкм

Рис.9. Спектры отражения заполненного ЖК фотонного кристалла с А=4 мкм, т~6: (а) экспериментальный спектр композита для Е (толстая линия) и Н (тонкая линия) поляризаций; (б) расчетные спектры композитного ФК с фактором заполнения й^/А = 0.58, рассчитанные для пЖк =1-52 (тонкая линия) и пжк~ 1-67 (толстая линия).

Термооптический эффект исследовался на образцах, представляющих собой двухпериодную структуру. Если спектры отражения, записанные для разных поляризаций до нагрева, различались между собой, то при температуре выше фазового перехода спектры для Н и Е поляризаций совпадали. Найденный из спектров при Т=70°С пжк=\.5Ъ ± 0.03 хорошо согласуется с данными для показателя преломления ЖК Е7 в изотропной фазе («,=1.54). Сдвиг коротковолнового края основной фотонной зоны

составил АХтпа!п=0.25мкм. Аналогичный сдвиг коротковолнового края можно было наблюдать для вторичной зоны 1Б ДХ.|5=0.18мкм (рис.10). 0.6-,

Х^мкм

Л,мкм

Рис. 10. Спектры отражения ФК с Л=2.8мкм, т=2 и £)3/Л=0.45: а) экспериментальные спектры для Е поляризации после инфильтрации ЖК при Т=23°С, (сплошная линия) и при 70°С, (пунктирная линия); б) расчетные спектры иЖЛ=1.7 (сплошная линия), Пжкг11-54 (пунктирная линия).

Важно отметить, что термооптический эффект был необратим: после охлаждения до комнатной температуры ЖК возвращался в неориентированное (псевдоизотропное) состояние, что было хорошо видно по совпадению спектров для обеих поляризаций.

Электрооптический эффект исследовался также на двухпериодных структурах, но со встречно-штыревыми кремниевыми электродами и диэлектрической изоляцией от подложки. Схема структуры и ее параметры приведены на рис. 11. Период структуры А~6 мкм, фактор заполнения Ds¡ ¿4=0.4.

а

о

IR tíeam н4 ~~<¿í

Ш --

--TI

j У—!Ü n i m

40mkm --2 mkm

Рис.11. Схематическое изображение композитной структуры на 801-подложке для измерения влияния электрического поля на спектры отражения поляризованного ИК света. Два состояния ориентации нематического ЖК в канавках: а) псевдоизотропная п = 1.56 и б) гомеотропиая п0 = 1.49.

К электродам структуры прикладывалось переменное напряжение с амплитудой импульсов 2-10 В, частотой 100 Гц и длительностью импульса 1 мс. Как и при термооптическом эффекте, исходная планарная ориентация ЖК вдоль щелей обеспечивала большой сдвиг краев ФЗЗ при включении напряжения: ДА.=0.6 мкм или 5.8% для края ФЗЗ ().= 10.15 мкм). Однако после выключения напряжения спектр не возвращался к исходному. Было установлено, что воспроизводимый электрооптический эффект связан с переходом ЖК из псевдоизотропного состояния с показателем преломления пжк= 1-56 при У= 0 в гомеотропное состояние с пЖк= 1.49 при К>2 В. При этом сдвиг края третьей ФЗЗ в исследованной структуре составил Д?.=0.19 мкм,

или 1.9% (рис.12). Быстродействие перестраиваемого одномерного фотонного кристалла лимитируется скоростью возвращения ЖК к псевдоизотропной ориентации при выключении напряжения. Оценка характерного времени переключения проводилась по спектральному положению ФЗЗ в зависимости от частоты импульсного напряжения. Это время составило 30 мс, что согласуется с данными для нематических ЖК.

tí

а)

9.6 9.8 10 10.2 10.4 10.6 10.8 А, Л1КЛ4

£ 0.6

0.2

X > =1.56

п=1,49\ N Ч Ч \ \ /

\ V / \ / /

*___ АЯ = 0.22мклХ~ 1 \ \ \ \ * / „Д t / * / \ ' / \ 1 \ ¡ / V /

я \А/

б)

9.6 9.8 10 10.2 10.4 10.6 10.8

А, мюи

Рис. 12. Сдвиг длинноволнового края ФЗЗ в области 1=10мкм за счет воспроизводимого электрооптического эффекта: а)-участок экспериментального спектра, б) - расчетного спектра.

В заключении сформулированы выводы по работе:

1. Рассчитаны геометрические параметры кремниевых периодических щелевых структур с помощью анализа спектров отражения и карт ФЗЗ кремниевых матриц и композитов, заполненных жидким кристаллом.

2. Разработаны и получены образцы, позволяющие проводить оптические измерения с помощью Фурье микроспектроскопии в геометрии, когда свет распространяется в плоскости подложки.

3. Предложен и впервые получен с помощью анизотропного щелочного травления композитный 1D ФК на основе периодической структуры встречно-штыревых электродов в слое кремния (110) на подложке с диэлектрической изоляцией (SOI).

4. Впервые изучена ориентация молекул жидкого кристалла в щелевых структурах на основе монокристаллического кремния комплексом методов поляризационной спектрометрии. Выявлена преимущественная планарная ориентация директора ЖК Е7 вдоль канавок.

5. Структуры щелевого кремния с периодом 2-6 мкм, изготавливаемые с помощью фотолитографии, имеют запрещенные фотонные зоны в области среднего и ближнего ИК-диапазона.

6. Получены перестраиваемые 1D фотонные кристаллы и продемонстрирован сдвиг запрещенной фотонной зоны при нагреве и при приложении внешнего электрического поля.

7. Исследованы особенности наблюдавшихся эффектов: необратимость термооптического и обратимость электрооптического эффекта. Определены факторы, определяющие величину сдвига ФЗЗ.

8. Электрооптический эффект в полученном композитном 1D ФК обеспечивает сдвиг края третьей фотонной запрещенной зоны, расположенной вблизи X = Юмкм на A7JX =1.9%. Характерное время переключения составляет ~ 30 мс, пороговое напряжение переключения 2В.

В приложении описаны основные технологические режимы получения

периодических кремниевых структур с помощью анизотропного травления.

Цитируемая литература:

1. J.D. Joannopoulos, R.D. Meade, J.N. Winn. Photonic crystals. Princeton University Press. 1995. 137 p.

2. E. Yablonovitch. Inhibited spontaneous emission in solid-state physics and electronics. Phys. Rev. Lett. 58, 2059 - 2062 (1987).

3. E. Yablonovitch. Photonic band-gap crystals. J. Phys.:Condens.Matter. 5, 2443-2460(1993).

4. M. Salib, L. Liao, R. Jones, M. Morse, A. Liu, D. Samara-Rubio, D. Alduino, M. Paniccia. Silicon Photonics. Intel Technology Journal, 08, May 10, 2004, pp.143-161.

http://download.intel.com/technologv/iti/2004/volume08issue02/vol8_iss2.pdf

5. Hybrid Silicon Laser http://www.intel.com/research/platfoiTn/sp/hybridlaser.htm.

6. Шагаем к кремниевому лазеру. Перст 12, 11 (2005) ttp://perst.isssph.kiae.ni/lnform/perst/2005/5 11/index.htm.

7. Don L. Kendall. Vertical etching of silicon at very high aspect ratios. Annual Review Materials Science 9, 373 - 403 (1979).

8. V. A. Tolmachev, T. S. Perova, 2, E. V. Astrova, B. Z. Volchek, J. K. Vij. Vertically etched silicon as ID photonic crystal. Phys. Stat. Sol. (a) 197, 2, 544548 (2003).

9. K.Busch, S.John. Liquid-crystal photonic-band-gap materials: the tunable electromagnetic vacuum. Phys. Rev.Lett. 83, 5, 967-970 (1999).

10. S. W. Leonard, J. P. Mondia, H. M. van Driei, O. Toader, S. John, K. Busch, A. Birner, U. Gosele, V. Lehmann. Tunable two-dimensional photonic crystals using liquid-crystal infiltration. Phys. Rev. В 61, 4, R2389-2392 (2000).

11. G. Mertens, Т. Roder, R. Schweins, K. Huber, H-S. R. Kitzerow. Shift of the photonic band gap in two photonic crystal/liquid crystal composites. Appl. Phys. Lett. 80, 1885-1887 (2002).

12. P. Аззам, H. Башара. Эллипсометрия и поляризованный свет. М.: Мир, 1981г. 584 с.

Список публикаций по теме диссертации Жаровой (Пилюгиной) Ю.А.

Статьи в журналах:

1. Ю.А. Пилюгина, A.M. Скворцов, В. А. Толмачев Химическое микроструктурирование поверхности монокристаллического кремния. Научно-Технический Вестник СПбГУ ИТМО, Санкт-Петербург. 14, 256-261 (2004).

2. V. Tolmachev, Е. Astrova, Т. Perova, J. Pilyugina, A. Moore. Design and fabrication of the periodical structures based on grooved Si for middle infrared microphotonics. Physica status solidi (c) 2, 9, 3288-3292 (2005).

3. V.A. Tolmachev, E.V. Astrova, Yu.A. Pilyugina, T.S. Perova, R.A. Moore and J.K.Vij. ID Photonic Crystal Fabricated By Wet Etching of Silicon. Optical Materials 27, 5, 831-835 (2005).

4. Е.В.Астрова, Т.С.Перова, С.А.Грудинкин, В.А.Толмачев, Ю.А.Пилюгина, В.Б.Воронков, J.K.Vij. Исследование ориентации молекул жидкого кристалла Е7 в композитах на основе щелевого кремния поляризационными методами ИК спектроскопии и комбинационного рассеяния света. ФТП. 39, 7, 793-801 (2005).

5. В.А.Толмачев, Т.С.Перова, Е.В.Астрова, А.Д.Ременюк, Ю.А.Пилюгина, R.A. Moore. Оптические характеристки одномерных фотонных кристаллов на основе кремния в среднем ИК-диапазоне спектра. Известия РАН. Сер Физическая. 8, 1108-1110 (2005).

6. E.V. Astrova, T.S. Perova, Yu.A. Zharova, S.A. Grudinkina, V.A. Tolmachev, V.A. Melnikov. Electro-tunable one-dimensional photonic crystal structures based on grooved silicon infiltrated with liquid crystal. J. of Luminescence. 121, 298-300 (2006).

7. Скворцов A.M., Жарова Ю.А., Ткалич B.JI. Микроструктурирование поверхности монокристаллов кремния в электронной технике. Известия вузов. Приборостроение, 2006, с. 60-65.

8. V. A. Tolmachev,T. S. Perova, S. A. Grudinkin, V. A. Melnikov, Е. V. Astrova, Yu. A. Zharova. Electrotunable in-plane one-dimensional photonic structure based on silicon and liquid crystal. Appl. Phys. Lett. 90, 011908 (2007) and in Virtual Journal of Nanoscale Science & Technology. January 2007, http://www.vjnano.org.

Тезисы докладов:

1. V.Tolmachev, E. Astrova, T. Perova, J. Pilyugina, R.A. Moore. Design and fabrication of the periodical structures based on grooved Si for middle infrared microphotonics. The 4-th International Conference Porous Semiconductors - Science and Technology, Cullera-Valencia, Spain, p. 132133 (2004).

2. Ю.А.Пилюгина, E.B. Астрова, T.C. Перова, C.A. Грудинкин, B.A. Толмачев, В.Б. Воронков, «Электрооптический эффект в композитных периодических структурах на основе щелевого кремния, заполненного жидким кристаллом». Шестая Всероссийская молодежная конференция по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике, Санкт-Петербург, с.35 (2004).

3. В.А.Толмачев, Т.С.Перова, Е.В.Астрова, А.Д.Ременюк, Ю.А.Пилюгина, R.A. Moore. Оптические характеристки одномерных фотонных кристаллов на основе кремния в среднем ИК диапазоне спектра. Третья международная конференция «Фундаментальные проблемы оптики». Санкт-Петербург, стр.88-90 (2004).

4. Ю.А. Пилюгина. Получение одномерных фотонных кристаллов с помощью анизотропного травления кремния. «Микроэлектроника и информатика 2004». 11-ая Всероссийская Межвузовская научно-

техническая конференция студентов и аспирантов, Зеленоград, с.23, (2004).

5. Ю.А.Пилюгина. «Использование жидкостного анизотропного травления кремния для получения одномерных фотонных кристаллов». Всероссийская конференция «ФАГРАН» «Физико-химические процессы в конденсированном состоянии и межфазных границах» («ФАГРАН-2004») Воронеж, т. 1, с.286 (2004).

6. V.A. Tolmachev, E.V. Astrova, J. Pilyugina, T.S. Perova, R.A. Moore. ID photonic crystal fabricated by wet etching of silicon. The European Materials Research Society 2004 - Symposium A1 «Si-based photonics: toward true monolithic integration», Spring Meeting, Strasbourg, France, A1-PII.3 (2004).

7. J.A.Pilyugina, E.V.Astrova, T.S.Perova. Electro-optical effect in composite photonic structures based on grooved silicon and liquid crystal. 13th Int. Symp. "Nanostructures: Physics and Technology" St Petersburg, Russia, c. 127 (2005).

8. V.A. Tolmachev, T.S. Perova, E.V. Astroval , J.A. Pilyugina and R.A. Moore. Thermo-optical effect in Si-liquid crystal photonic band gap structures. 13th Int. Symp. "Nanostructures: Physics and Technology" St Petersburg, Russia, c. 143 (2005).

9. T.C. Perova, V.A. Tolmachev, E.V. Astrova, J. A. Pilyugina, R.A. Moore. Tunable ID photonic structures based on grooved silicon and liquid crystal. Materials Week, Prague, (2005).

10. Ю.А. Жарова. Электрооптический эффект в композитных периодических структурах на основе щелевого кремния, заполненного жидким кристаллом. «МикроэлектроЕшка и информатика 2005». 12-ая Всероссийская Межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов, Зеленоград, с. 123 (2005).

11. Ю.А.Жарова Получение композитного фотонного кристалла на основе щелевого кремния и жидкого кристалла. Электрооптический эффект.

«Индустрия наносистем и материалы». Всероссийская конференция инновационных проектов аспирантов и студентов по приоритетному направлению, Зеленоград, с. 66-70 (2005).

12. V.A. Tolmachev, T.S. Perova, E.V. Astrova, J.A. Pilyugina and R.A. Moore. Optical characteristics of ordinary and tunable ID Si photonic crystals in the mid-infrared range. Opto-Ireland 2005: Optoelectronics, Photonic Devices, and Optical Networks. Proceeding SPIE 5825, p. 85-94 (2005).

13. S.M. O'Neill, V.A. Tolmachev, E.V. Astrova, J.A. Pilyugina, S.A. Grudinkin, T.S. Perova and R.A. Moore, Adjustment of the photonic bandgap of silicon based ID photonic crystals infiltrated with nematic liquid crestal E7. Microscopical society of Ireland - 29th Annual symposium, Dublin, Ireland (2005).

14. T.S.Perova, E.V.Astrova, V.A.Tolmachev, J.A.Zharova and S.A. Grudinkin. Electrically and thermally tunable photonic structures based on grooved Si and liquid crystal E7. Materials of the 5-th International Conference Porous Semiconductors - Science and Technology, Sitges-Barcelona, Spain, p.407-408 (2006).

15. IO.A. Жарова. Оптические характеристики одномерных фотонных кристаллов на основе кремния и жидкого кристалла. «Микроэлектроника и информатика 2006». 13-ая Всероссийская Межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов, МИЭТ, Зеленоград, с.38 (2006).

16. T.S.Perova, E.V. Astrova, V.A. Tolmachev, S. Grudinkin, J.A. Pilyugina. Tunable photonic structures based on grooved Si and nematic liquid crystal. The European Materials Research Society 2006 - Symposium D «Silicon-based photonics», Nice, France, D PI 08 (2006).

Лицензия ЛР №020593 от 07.08.97

Подписано в печать 15.02.2007. Формат 60x84/16. Печать цифровая. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100. Заказ 1281b.

Отпечатано с готового оригинал-макета, предоставленного автором, в Цифровом типографском центре Издательства Политехнического университета. 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29. Тел.: 550-40-14 Тел./факс: 297-57-76

ВВЕДЕНИЕ.

1.1. Ф0Т0Н11ые кристаллы.

1.2. фотоннокристаллические структуры и функциональные устройства iia их основе.

1.3. Перестраиваемые фотонные кристаллы.

ГЛАВА 1. РАСЧЕТ СПЕКТРАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ОДНОМЕРНОГО ФОТОННОГО КРИСТАЛЛА.

1.1 .Метод характеристических матриц.

1.2. Расчет спектров отражения периодической структуры на oci юве щелевого kpemi ш.

1.2.1. Изменение спектров отражения в зависимости от числа периодов периодической структуры кремний-воздух.

1.3. Карты фото! ii 1ых запреще1 и 1ых зон.

1.4. Расчет карт фотонных запрещенных зон для композитных фотонных кристаллов.

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 1.

ГЛАВА.2.ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ПЕРИОДИЧЕСКИХ СТРУКТУР НА ОСНОВЕ КРЕМНИЯ.

2.1. Методы микроструктурирования кремния.

2.1.1. Методы «сухого» травления.

2.1.2. Методы жидкофазного травления.

2.2. Анизотропное травление кремния.

2.2.1. Анизотропное травление кремния ориентации (100).

2.2.2. Анизотропное травление кремния ориентации (110).

2.2.3.Маскирующие покрытия при анизотропном травлении в КОН.

2.2.4. Выбор исходных материалов и метода микроструктурирования.

2.3.техн0л0гия получения одномерного фотонного кристалла на основе кремния (110) с помощью анизотропного травления.

2.3.1.Проектирование фотошаблона для прецизионной ориентации щелей вдоль следа плоскости (111).

2.3.2.Проектирование фотошаблонов для создания композитных периодических структур.

2.4. Технология получения периодической структуры изолированной от подложки.

2.4.1. Изоляция обратно-смещенным р-п-переходом.

2.4.3. Изоляция с помощью SOl-структур.

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 2.

ГЛАВА 3. КОМПОЗИТЫ НА ОСНОВЕ ЩЕЛЕВОГО КРЕМНИЯ И ЖИДКОГО КРИСТАЛЛА.

3.1. Свойства жидких кристаллов.

3.1.1. Определение параметра упорядоченности по дихроичному отношению.

3.1.2. Определение ориентации молекул ЖК с помощью двулучепреломления.

3.1.3. Определение ориентации молекул ЖК с помощью комбинационного рассеяния света.

3.1.4. Переход Фредерикса в нематических жидких кристаллах.

3.2. выбор жидкокристаллической смеси для создания композитов на основе кремниевой периодической структуры.

3.3. поляризационная спектроскопия композитных структур.

3.3.1 .Исследование ориентации молекул ЖК в поляризационном микроскопе.

3.3.2. Определение ориентации молекул ЖК в кремниевой периодической структуре с помощью ИК спектрометрии.

3.3.5. Определение ориентации молекул ЖК в кремниевой периодической структуре с помощью КРС

3.4. электрооптический эффект.

3.4.1.Регистрация электрооптического эффекта в поляризационном микроскопе на образце ср-п-переходом.

3.4.2.Исследование электрооптического эффекта с помощью ИК- спектрометрии и КРС для образцов с р-п-переходом.

3.4.3.Исследование электрооптического эффекта с помощью ИК- спектрометрии и КРС для образцов на SOI-структурах.

ВЫВОД К ГЛАВЕ 3.

ГЛАВА 4. ОПТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ФОТОННЫХ КРИСТАЛЛОВ.

4.1. Методика измерений и обработка результатов.

4.2. Фотонные запрещенные зоны незаполненного 1D ФК.

4.3. Спектры композитных структур.

4.4. Термооптический эффект в композитных ФК.

4.5. Электрооптический эффект в композитных ФК.

4.6. Оценка быстродействия перестраиваемого фотонного кристалла.

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 4.

Прогресс оптических технологий в вычислительной технике и связи невозможен без одновременного развития их элементной базы - средств мультиплексирования, коммуникации, передачи сигналов. Новое слово в этой области - фотонные кристаллы (ФК), способные не только заменить традиционные элементы оптических систем, но и стать основой для фотонных интегральных схем [1].

1.1. Фотонные кристаллы

Понятие фотонный кристалл появилось 1987 году благодаря работам [2, 3]. Фотонные кристаллы - это новый класс оптических материалов, для которых характерно наличие следующих двух свойств. Первое - это периодическая модуляция (трансляционная симметрия) диэлектрической проницаемости с периодом, сравнимым с длиной волны света. Второе наличие связанной с периодичностью кристалла фотонной запрещенной зоны (ФЗЗ) в спектре собственных электромагнитных состояний кристалла [4]. Как известно из физики твёрдого тела, при наличии периодичности в структуре материальной среды в энергетическом спектре возникают так называемые энергетические зоны. В полупроводниковом кристалле оптические свойства материала тесно связаны с шириной запрещённой зоны, величина которой равна энергетическому расстоянию между потолком валентной зоны и дном зоны проводимости. В кристаллическом твёрдом теле период решётки {d~ 10" см) сравним с длиной волны де-Бройля для электрона; при этом спектр разрешенных и запрещенных зон обусловлен значениями возможных энергетических состояний электронов и дырок. Наличие периодической структуры в веществе с периодом, близким к длине электромагнитной волны, приводит к формированию соответствующих разрешённых и запрещённых зон для фотонов. Для фотонов такое поле получают периодическим изменением коэффициента преломления среды - в одном, двух или трех измерениях (1D-, 2D-, ЗО-фотонные структуры соответственно).

Для понимания процессов в фотонном кристалле его можно сравнить с кристаллом полупроводника, а распространение фотонов с движением носителей заряда - электронов и дырок. На рис. 1 изображена ФЗЗ для полупроводника с энергетической зоной с прямыми переходоми. Справа схема фотонной дисперсионной зависимости. Слева, схема электронной дисперсионной зависимости: валентной зоны и зоны проводимости.

Рис. 1. Справа: фотонная дисперсионная зависимость и запрещенная зона. Слева: электронная дисперсионная зависимость типичная для прямых переходов в полупроводниках; точками изображены электроны и дырки [5].

В области перекрытия по энергии электронной и фотонной зон спонтанная излучательная рекомбинация электронов и дырок невозможна

Вследствие наличия запрещенной зоны для фотонов вытекают следующие положения:

Электронная дисперсионная зависимость

Фотонная дисперсионная зависимость

5].

1. В области фотонной полной запрещенной зоны невозможно спонтанное излучение, для которого требуется наличие собственных состояний в спектре излучаемых фотонов. В частности электронно-дырочная рекомбинация должна полностью подавляться, если частота оптического перехода попадает в фотонную запрещенную зону образца;

2. Фотоны могут локализоваться на диэлектрических дефектах фотонного кристалла, приводя к образованию необычных фотонных состояний, включая связанные атомно-фотонные состояния.

В 1991 году впервые был изготовлен трехмерный фотонный кристалл путем сверления миллиметровых отверстий в материале с высоким показателем преломления (рис. 2) [6]. В этом искусственном кристалле, названном «яблоновитом», реализовывалась полная фотонная запрещённая зона при частотах 15 ГГц. Технологические достижения в области получения структур с микронными и субмикронными размерами в последние десятилетие сделали возможным изготавливать ФК с запрещенными зонами в области оптических частот. Эти методы можно условно разделить на самоорганизующиеся системы (например, искусственные опалы) и структуры с заданной решеткой, получаемой, как правило, методами литографии. Для света, распространяющегося в определенном направлении в ФК имеются определенные области частот, так называемые стоп-зоны, для которых коэффициент отражения близок к 100%, т.е. электромагнитная волна не проникает в глубь материала.

Рис. 2. Искусственный трехмерный фотонный кристалл «яблоновит» [6].

Выводы к главе 4

1. Экспериментально получен сдвиг края ФЗЗ АХ/Х = 2.3% (при расчетной величине 3.7%) за счет термооптического эффекта в композитном ФК на основе щелевого кремния. Для реализации эффекта необходима исходная планарная ориентация молекул ЖК. Перестройка композитного 1D ФК за счет фазового перехода ЖК в щелях периодической структуры является необратимой в силу слабого взаимодействия ЖК Е7 с кремниевыми стенками.

2. Продемонстрирован воспроизводимый электрооптический эффект в одномерном ФК, обусловленный максимальным изменением показателя преломления ЖК Ди=0.07, который соответствует переходу из псевдоизотропной ориентации молекул ЖК в гомеотропную. Сдвиг длинноволнового края третьей ФЗЗ (Я»10 мкм) на структуре с периодом А=6 мкм составил АХ,=0.19 мкм (1.9 %).

3. Пороговое напряжение и быстродействие устройства являются типичными для нематического ЖК Е7. Характерное время возвращения ФЗЗ к стационарному положению после выключения напряжения составляет I около 30 мс. 1

Заключение

Совокупность литературных и экспериментальных данных, полученных в работе, позволяет сделать ряд выводов общего характера, касающихся создания перестраиваемых одномерных фотонных кристаллов на основе кремния.

Расчет и анализ карт ФЗЗ 1D ФК упрощает выбор геометрических размеров для их реализации с помощью анизотропного травления и контактной оптической фотолитографии. С помощью карт ФЗЗ можно легко прогнозировать положение стоп-зон и зависимость их спектрального положения от величины показателя преломления.

Сравнивая различные методы микроструктурирования кремния, можно сделать вывод, что наиболее подходящим методом создания 1D ФК на кремнии является анизотропное травление, которое давно применяется в полупроводниковой технологии. Анизотропное травление Si ориентации (110) в щелочи обеспечивает оптически гладкие стенки и высокое аспектное отношение глубины канавки к ее ширине. Метод не имеет принципиальных ограничений для уменьшения периода структур и в сочетании с электронной литографией может быть использован для создания периодических структур с субмикронными размерами. Использование анизотропного травления позволяет получать 1D ФК в едином технологическом цикле с другими элементами интегральных схем. Геометрия периодических глубоких канавок в кремнии аналогична классическим ЖК ячейкам, где наполнитель располагается между плоскостями электродов. В щелевом кремнии существует выделенное направление, которое позволяет создавать определенную ориентацию ЖК и изменять ее с помощью электрического поля. '

Для изоляции кремниевых электродов были опробованы два метода изоляции: обратно смещенным р-п-переходом и с помощью SOI-подложки. Образцы с р-п-переходом часто имели большие токи утечки из-за недостаточно глубокого травления щелей. Образцы на SOI подложке 132 показали лучшие характеристики и были удобны тем, что глубину травления щелей до слоя SiC>2 было легко контролировать визуально. Они имели хорошую изоляцию: при подаче напряжения 50В к электродам структуры ток утечки составил не более 1 мкА.

Изменение спектрального положения ФЗЗ может происходить за счет изменения геометрических размеров или за счет изменения показателя преломления в слоях периодической структуры. Из проведенного анализа литературных данных видно, что изменение показателя преломления за счет введения свободных носителей характеризуется высоким быстродействием, но малым сдвигом ФЗЗ из-за малого An. В композитных ФК можно получить больший эффект, если использовать наполнитель с высокой оптической анизотропией. При интерпретации экспериментальных данных необходимо учитывать возможный нагрев структур за счет токов утечки или при воздействии интенсивного лазерного возбуждения и обратимость (или необратимость) переключения. При исследовании термооптического эффекта в настоящей работе была выявлена его необратимость, хотя авторами, исследовавшими перестройку ФЗЗ в ЖК композитах на основе макропористого Si, это обстоятельство не отмечалось [34-36].

В композитных 1D ФК были измерены спектры отражения, из которых видно, что такие структуры имеют высокий коэффициент отражения и выраженные стоп-зоны даже при малом количестве периодов. Изменение показателя преломления ЖК под действием внешних воздействий приводит к достаточно большим сдвигам ФЗЗ, хотя по расчетным данным ожидаемый эффект должен быть еще больше. Для увеличения сдвига зоны необходимо усилить взаимодействие молекул ЖК с кремниевыми стенками и создать начальную ориентацию с более высокой степенью ориентационного порядка. Для структур на основе щелевого кремния пригодны химические методы нанесения ориентанта, позволяющие создавать только гомеотропную ориентацию ЖК. Для получения электроуправляемых ФК в этом случае потребуются другие ЖК с е<0.

Сравнение результатов по электрооптическому эффекту в ЖК композитах на основе щелевого кремния с литературными данными по ЖК композитам на основе опалов [86], инвертированных ТЮ2 опалов [87] и слоистых структур на основе микропористого кремния [9] показывает, что напряжение переключения, полученное в настоящей работе на порядки более низкое.

По проделанной работе можно сделать следующие выводы:

1. Рассчитаны геометрические параметры кремниевых периодических щелевых структур с помощью анализа спектров отражения и карт ФЗЗ кремниевых матриц и композитов, заполненных жидким кристаллом.

2. Разработаны и получены образцы, позволяющие проводить оптические измерения с помощью Фурье микроспектроскопии в геометрии, когда свет распространяется в плоскости подложки.

3. Предложен и впервые получен с помощью анизотропного щелочного травления композитный 1D ФК на основе периодической структуры встречно-штыревых электродов в слое кремния (110) на подложке с диэлектрической изоляцией (SOI).

4. Впервые изучена ориентация молекул жидкого кристалла в щелевых структурах на основе монокристаллического кремния комплексом методов поляризационной спектрометрии. Выявлена преимущественная планарная ориентация директора ЖК Е7 вдоль канавок.

5. Структуры щелевого кремния с периодом 2-6 мкм, изготавливаемые с помощью фотолитографии, имеют запрещенные фотонные зоны в области среднего и ближнего ИК-диапазона.

6. Получены перестраиваемые 1D фотонные кристаллы и продемонстрирован сдвиг запрещенной фотонной зоны при нагреве и при приложении внешнего электрического поля.

7. Исследованы особенности наблюдавшихся эффектов: необратимость термооптического и обратимость электрооптического эффекта. Определены факторы, определяющие величину сдвига ФЗЗ.

8. Электрооптический эффект в полученном композитном 1D ФК обеспечивает сдвиг края третьей фотонной запрещенной зоны, расположенной вблизи X = 10 мкм на ДМ =1.9%. Характерное время переключения составляет ~ 30 мс, пороговое напряжение переключения 2В.

Благодарность:

Я благодарна В.А. Толмачеву, на разных этапах работы оказавшему влияние на мои научные интересы и на возникновение интереса к исследованиям вообще, за помощь в работе над диссертацией, за полезные обсуждения.

Считаю своим приятным долгом поблагодарить также тех, кто помогал мне на разных стадиях моей научной работы: А.Д. Ременюк, Т.С. Перову, С.А. Грудинкина и всех соавторов моих работ.

Список публикаций по теме диссертации

Ю.А. Жаровой (Пилюгиной)

Статьи:

1. Ю.А. Пилюгина, A.M. Скворцов, В.А. Толмачев Химическое микроструктурирование поверхности монокристаллического кремния. Научно-Технический Вестник СПбГУ ИТМО 14, 256-261 (2004).

2. V. Tolmachev, Е. Astrova, Т. Perova, J. Pilyugina, A. Moore. Design and fabrication of the periodical structures based on grooved Si for middle infrared microphotonics. Physica status solidi (c) 2, 9, 3288-3292 (2005).

3. V.A. Tolmachev, E.V. Astrova, Yu.A. Pilyugina, T.S. Perova, R.A. Moore and J.K.Vij. ID Photonic Crystal Fabricated By Wet Etching of Silicon. Optical Materials 27, 5, 831-835 (2005).

4. Е.В.Астрова, Т.С.Перова, С.А.Грудинкин, В.А.Толмачев, Ю.А.Пилюгина, В.Б.Воронков, J.K.Vij. Исследование ориентации молекул жидкого кристалла Е7 в композитах на основе щелевого кремния поляризационными методами РИС спектроскопии и комбинационного рассеяния света. ФТП. 39, 7, 793-801 (2005).

5. В.А.Толмачев, Т.С.Перова, Е.В.Астрова, А.Д.Ременюк, Ю.А.Пилюгина, R.A. Moore. Оптические характеристки одномерных фотонных кристаллов на основе кремния в среднем РИС диапазоне спектра. Известия РАН. Сер Физическая. 8,1108-1110 (2005).

6. E.V. Astrova, T.S. Perova, Yu.A. Zharova, S.A. Grudinkina, V.A. Tolmachev, V.A. Melnikov. Electro-tunable one-dimensional photonic crystal structures based on grooved silicon infiltrated with liquid crystal. J. of Luminescence. 121,298-300 (2006).

7. Скворцов A.M., Жарова Ю.А., Ткалич B.JI. Микроструктурирование поверхности монокристаллов кремния в электронной технике. Известия вузов. Приборостроение. 60-65 (2006).

8. V. A. ToImachev,T. S. Perova, S. A. Grudinkin, V. A. Melnikov, E. V. Astrova, Yu. A. Zharova. Electrotunable in-plane one-dimensional photonic structure based on silicon and liquid crystal. Appl. Phys. Lett. 90, 011908 (2007). Virtual Journal of Nanoscale Science & Technology. January 2007. http://www.vjnano.org.

Тезисы конференций:

1. V.Tolmachev, E. Astrova, T. Perova, J. Pilyugina, R.A. Moore. Design and fabrication of the periodical structures based on grooved Si for middle infrared microphotonics. Materials of the 4-th International Conference Porous Semiconductors - Science and Technology, Cullera-Valencia, Spain, p.132-133 (2004).

2. Ю.А.Пилюгина, E.B. Астрова, T.C. Перова, C.A. Грудинкин, B.A. Толмачев, В.Б. Воронков, «Электрооптический эффект в композитных периодических структурах на основе щелевого кремния, заполненного жидким кристаллом». Материалы Шестой Всероссийской молодежной конференции по физике полупроводников и полупроводниковой опто-и наноэлектронике, НОК, Санкт-Петербург, стр.35 (2004).

3. В.А.Толмачев, Т.С.Перова, Е.В.Астрова, А.Д.Ременюк, Ю.А.Пилюгина, R.A. Moore. Оптические характеристки одномерных фотонных кристаллов на основе кремния в среднем ИК диапазоне спектра. Труды третьей международной конференции «Фундаментальные проблемы оптики». Санкт-Петербург, Россия, с.88-90 (2004).

4. Ю.А.Пилюгина. «Использование жидкостного анизотропного травления кремния для получения одномерных фотонных кристаллов». Материалы Всероссийской конференции «ФАГРАН» «Физико-химические процессы в конденсированном состоянии и межфазных границах» («ФАГРАН-2004») Воронеж, т.1, с.286 (2004).

5. V.A. Tolmachev, E.V. Astrova,: J. Pilyugina, T.S. Perova, R.A. Moore. ID photonic crystal fabricated by iwet etching of silicon. Proceeding of the 137

European Materials Research Society 2004 - Symposium A1 «Si-based photonics: toward true monolithic integration», Spring Meeting, Strasbourg, France, A1-PII.3 (2004).

6. Ю.А. Пилюгина. Получение одномерных фотонных кристаллов с помощью анизотропного травления кремния. «Микроэлектроника и информатика 2004». Материалы 11-ой Всероссийской Межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов, МИЭТ, Зеленоград, с.23, (2004).

7. J.A.Pilyugina, E.V.Astrova, T.S.Perova. Electro-optical effect in composite photonic structures based on grooved silicon and liquid crystal. Тезисы доклада на 13th Int. Symp. "Nanostructures: Physics and Technology" St Petersburg, Russia, c. 127 (2005).

8. V.A. Tolmachev, T.S. Perova, E.V. Astroval , J.A. Pilyugina and R.A. Moore. Thermo-optical effect in Si-liquid crystal photonic band gap structures. Тезисы доклада на 13th Int. Symp. "Nanostructures: Physics and Technology" St Petersburg, Russia, с. 143 (2005).

9. T.C. Perova, V.A. Tolmachev, E.V. Astrova, J. A. Pilyugina, R.A. Moore. Tunable ID photonic structures based on grooved silicon and liquid crystal. Materials Week, Prague, (2005):

10.Ю.А. Жарова. Электрооптический эффект в композитных периодических структурах на основе щелевого кремния, заполненного жидким кристаллом. «Микроэлектроника и информатика 2005». Материалы 12-ой Всероссийской Межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов, МИЭТ, Зеленоград, с. 123 (2005).

11.Ю.А.Жарова Получение композитного фотонного кристалла на основе щелевого кремния и жидкого кристалла. Электрооптический эффект. «Индустрия наносистем и материалы». Материалы Всероссийской конференции инновационных проектов аспирантов и студентов по приоритетному направлению, МИЭТ, Зеленоград, с. 66-70 (2005).

12.V.A. Tolmachev, T.S. Perova, E.V. Astrova, J.A. Pilyugina and R.A. Moore. Optical characteristics of ordinary and tunable ID Si photonic crystals in the mid-infrared range. Proc. SPIE, Opto-Ireland 2005: Optoelectronics, Photonic Devices, and Optical Networks. 5825, p. 85-94 (2005). 13.S.M. O'Neill, V.A. Tolmachev, E.V. Astrova, J.A. Pilyugina, S.A. Grudinkin, T.S. Perova and R.A. Moore, Adjustment of the photonic bandgap of silicon based ID photonic crystals infiltrated with nematic liquid th crestal E7, Microscopical society of Ireland - 29 Annual symposium, 7-9 September 2005, Dublin, Ireland (2005).

14.T.S.Perova, E.V.Astrova, V.A.Tolmachev, J.A.Zharova and S.A. Grudinkin. Electrically and thermally tunable photonic structures based on grooved Si and liquid crystal E7. Materials of the 5-th International Conference Porous Semiconductors - Science and Technology, Sitges-Barcelona, Spain, p.407-408 (2006).

15.Ю.А. Жарова. Оптические характеристики одномерных фотонных кристаллов на основе кремния и жидкого кристалла. «Микроэлектроника и информатика 2006». Материалы 13-ой Всероссийской Межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов, МИЭТ, Зеленоград, с.38 (2006).

16.T.S.Perova, E.V. Astrova, V.A. Tolmachev, S. Grudinkin, J.A. Pilyugina. Tunable photonic structures based on grooved Si and nematic liquid crystal. Proceeding of the European Materials Research Society 2006 - Symposium D «Silicon-based photonics», Spring Meeting, Nice, France, D PI 08 (2006).

1. Н. Слепов. Фотонные кристаллы. Будущее вычислительной техники и связи. Электроника: наука, технология, бизнес. 2, 32-35 (2000).

2. Е. Yablonovitch. Inhibited spontaneous emission in solid-state physics and electronics. Phys. Rev. Lett. 58,2059 2062 (1987).

3. S.John. Strong localization of photons in certain disordered dielectric superlattices. Phys.Rev.Lett. 58,2486-2489 (1987).

4. J.D. Joannopoulos, R.D. Meade, J.N. Winn. Photonic crystals. Princeton university press. 1995. 137 p.

5. E. Yablonovitch. Photonic band-gap crystals. J. Phys.:Condens.Matter. 5, 24432460 (1993).

6. E. Yablonovitch, T.J. Gmitter, K.M. Leung. Photonic band structure: The face-centered-cubic case employing nonspherical atoms. Phys. Rev. Lett. 67, 17, 2295-2298 (1991).

7. T. Trupke, J. Zhao, M.A. Green.! Very efficient light emission from bulk crystalline silicon. Appl. Phys. Lett. 82,18, 2996-2298 (2003).

8. L.C. Kimerling. Silicon microphotonics. Applied Surface Science 159-160, 813 (2000).

9. S. M. Weiss, P. M. Fauchet. Electrically tunable porous silicon active mirrors. Phys. Stat. Sol. (a) 197,2, 556- 560 (2003).

10. S.Leonard, H.M. vanDriel, K.Busch, S.John, A.Birner, A.-P.Li, F.Muller, U.Gosele, V.Lehmann. Attenuation of optical transmission within the band gap of thin two-dimensional macroporous silicon photonic crystals. Appl. Phys. Lett. 75, 3063-3065 (1999).

11. Реклама фирмы «Sandia» www.sandia.gov.

12. J. T. Londergan, J. P.Carini, D. P. Murdock. Binding and scattering in two-dimensional systems: application to quantum wires, waveguides and photonic crystals. Springer-Verlag, New York, 1999.

13. J.C. Knight J.C., Т.A. Birks, P.S. Russell, J.P. de Sandro. Properties of photonic crystal fiber and the effective index model. J. Opt. Soc. Am. A 15, 748-752(1998).

14. J.C. Knight, T.A. Birks, R.F.Cregan, P.S. Russell, J.P. de Sandro. Photonic crystals as optical fibres physics and applications. Opt. Mater.ll, 143-151 (1999).

15. J.K. Ranka, R.S. Windeler, A.J. Stentz. Visible continuum generation in air-silica microstructure optical fibers with anomalous dispersion at 800 nm. Opt. Lett. 25, 25-27 (2000).

16. W.J.Wadsworth, J.C. Knight, A. Ortigosa-Blanch, J. Arriaga, E. Silvestre, P.S. Russell. Solution effects in photonic crystal fibres at 850 nm. Electron. Lett. 36, 53-55 (2000).

17. H.-B.Lin, R. J. Tonucci, A. J. Campillo. Observation of two-dimensional photonic band behavior in the visible. Appl. Phys. Lett. 68,2927-2929 (1996).

18. Rosenberg, R. J.Tonucci, E. A. Bolden. Photonic band-structure effects in the visible and near ultraviolet observed in solid-state dielectric arrays. Appl. Phys. Lett. 69, 2638-2640 (1996).

19. F. Muller, A. Birner, U. Gosele, V. Lehmann, S. Ottow, H. Foil, J. Porous Mater.7, 201-205 (2000).

20. C.Cho, Y-G.Roh, Y. Park, J-S. I, H. Jeon, B-S. Lee, H-W. Kim, Y-H. Choe, M. Sung, J.C. Woo. Towards nano-waveguides. Current Applied Physics 4, 245-249 (2004).

21. S.-S. Lo, M.-S. Wang, C.-C. Chen. Semiconductor hollow optical waveguides formed by omni-directional reflectors. Optics express 12, 26, 65896593 (2004).

22. P. J. Reece, G. Lerondel, W. H. Zheng, M. Gal. Optical microcavities with subnanometer linewidths based on porous silicon. Appl. Phys. Lett. 81, 26, 4895-4897 (2002).

23. J. S. Foresi, P. R. Villeneuve, J. Ferrera, E. R. Thoen, G. Steinmeyer, S. Fan, J. D. Joannopoulos, L. C. Kimerling, H. I. Smith, E. P. Ippen. Photonic-bandgap microcavities in optical waveguides. Nature 390,143-145 (1997).

24. L. Chen, Y. Suzuki, G. E. Kohnke. Integrated platform for silicon photonic crystal devices at near-infrared wavelengths. Appl. Phys. Lett. 80, 9, 1514-1516 (2002).

25. S. Sanchez, P. Halevi. Simulation of tuning of one-dimensional photonic crystals in the presence of free electrons and holes. J. Appl. Phys. 94, 1, 797-799 (2003)

26. S.W. Leonard, H.M. van Driel, J.; Schilling, R.B. Wehrspohn. Ultrafast band-edge tuning of a two-dimensional silicon photonic crystal via free-carrier injection. Physical Review В 66,161102(R) (2002).

27. M. Lipson. Switching light on silicon chip. Optical Materials 27, 731-739 (2005).

28. S.-S. Yun, J.-H. Lee. A micromachined in-plane tunable optical filter using the thermo-optic effect of crystalline silicon. J. Micromech. Microeng. 13, 721— 725 (2003).

29. В.Г. Голубев, Д.А, Курдюков, А.Б. Певцов, А.В. Селькин, Е.Б. Шадрин, А.В. Ильинский, Р. Боейинк. Гистерезис фотонной зоны в фотонном кристалле V02 при фазовом переходе полупроводник металл. ФТП 36, 9, 1122- 1127(2002).

30. K.Busch, S.John. Liquid-crystal photonic-band-gap materials: the tunable electromagnetic vacuum. Phys. Rev.Lett. 83, 5, 967-970 (1999).

31. S.M. Weiss, M. Hauiylau, P.M. Fauchet. Tunable photonic bandgap structures for optical interconnects. Optical Materials 27, 740-744 (2005).

32. D. Xu, G. Xiong. Transmission spectra investigation on tunable bandgap of liquid crystal infiltrated photonic crystal. Journal of Materials Science 39, 679681 (2004).

33. S. W. Leonard, J. P. Mondia, H. M. van Driei, O. Toader, S. John, K. Busch, A. Birner, U. Gosele, V. Lehmann. Tunable two-dimensional photonic crystals using liquid-crystal infiltration. Phys. Rev. В 61, 4, R2389-2392 (2000).

34. G. Mertens, T. Roder, R. Schweins, K. Huber, H-S. R. Kitzerow. Shift of the photonic band gap in two photonic crystal/liquid crystal composites. Appl. Phys. Lett. 80,1885-1887 (2002).

35. Шагаем к кремниевому лазеру. ПерсТ 12, 11 (2005) http://perst.isssph.kiae.rU/Infonn/perst/2005/5 11/index.htm.

36. М. Salib, L. Liao, R. Jones, M. Morse, A. Liu, D.Samara-Rubio, D. Alduino, M. Paniccia. Silicon photonics. Intel Technology Journal, 08, May 10, 143-161, (2004)http://download.intel.com/technologv/iti/2004/volume08issue02/vol08 iss2.pdf.

37. Hybrid silicon laser. littp://wvvw.intel.com/research/platform/sp/hydridlaser.htm.

38. G. Barillaro, A. Diligenti, M. Benedetti, S. Merlo. Silicon micromachined periodic structures for optical applications at A,=1.55 /mi. Appl. Phys. Lett. 89, 151110(2006).

39. B.A. Толмачев, JI.C. Границына, E.H. Власова, Б.З. Волчек, А.В. Нащекин, А.Д. Ременюк, Е.В. Астрова. Одномерный фотонный кристалл, полученный с помощью вертикального анизотропного травления кремния. ФТП 36, 8, 996-999 (2002).

40. V. A. Tolmachev, Т. S. Perova, 2, E. V. Astrova, B. Z. Volchek, J. K. Vij. Vertically etched silicon as ID photonic crystal. Phys. Stat. Sol. (a) 197, 2, 544548 (2003).

41. P. Аззам, H. Башара. Эллипсометрия и поляризованный свет. М.: Мир, 1981 г. 584 с.

42. М.Борн, Э.Вольф. Основы оптики. М.: Наука, 1973 г. 721 с.

43. Т. Н. Крылова, Интерференционные покрытия. Л.:Машиностроение, 1973 г. 224 с.

44. J.D. Joannopoulos, R.D. Meade, J.N. Winn. Photonic crystals: molding the flow of light. Singapore: Princeton university press, 1995.

45. L.C. Khoo, J.Mod.Opt. 37,1801-1803 (1990).

46. M. Elwenspoek, H.V. Jansen. Silicon micromachining. Cambridge university press, 2004. 405p.

47. Ю.Д. Чистяков, Ю.П. Райнова Физико-химические основы технологии микроэлектроники. М.: Металлургия, 1979 г. 408 с.

48. A.M. Скворцов, Р.А.Халецкийю Литография в микроэлектронике. Учебное пособие. Спб, 2003 г. 80 с.

49. M.Hoffmann, Е. Voges. Bulk silicon micromachining for MEMS in optical communication systems. J. Micromech. Microeng. 12, 349-360 (2002).

50. Готра Г.Ю. Технология микроэлектронных устройств. М.: Радио и связь, 1991 г. 528 с.

51. Barycka, I. Zubel. Silicon anisotropic etching in KOH-isopropanol etchant. Sensors and Actuators A 48,229-238 (1995).

52. J. Chen, L. Liu, Z. Li, Z. Tan, Q. Jiang, H. Fang, Y. Xu, Y. Liu. Study of anisotropic etching of (1 0 0) Si with ultrasonic agitation. Sensors and Actuators A. 96,152-156(2002).

53. C. Mihalcea, A. Holz, M. Kuwahara, J. Tominaga, E. Oesterschulze, N. Atoda. Improved anisotropic deep etching in KOH-solutions to fabricate highly specular surfaces. Microelectronic Engineering 57-58, 781-786 (2001).г

54. Е. Vazsonyi, Z. Vertesy, A. Toth, J. Szlufcik. Anisotropic etching of silixon in two-component alkaline solution. J. Micromech. Microeng. 13, 165-169 (2003).

55. G. Barillaro, A. Nannini, F. Pieri. Dimensional Constraints on High Aspect Ratio Silicon Microstructures Fabricated by HF Photoelectrochemical Etching. Journal of The Electrochemical Society, 149 (3), C180-C185 (2002).

56. G. Barillaro, A. Nannini, M. Piotto. Electrochemical etching in HF solution for silicon micromachining. Sensors and Actuators A 102, 195-201 (2002).

57. G. Barillaro, A. Diligenti, A. Nannini, G. Pennelli. A thick silicon dioxide fabrication process based on electrochemical trenching of silicon. Sensors and Actuators A 107, 279-284 (2003).

58. Don L. Kendall. Vertical etching of silicon at very high aspect ratios. Annual Review Materials Science 9,373 403 (1979).

59. F-G. Tseng, K-C. Chang. Precise 100. crystal orientation determination on <110> oriented silicon wafers. J. Micromech. Microeng. 13,47-52 (2003).

60. E. van Veenendaal, K.Sato, M. Shikida, J. van Suchtelen. Micromorphology of single crystalline silicon surfaces during anisotropic wet chemical etching in KOH and TMAH. Sensors and Actuators A 93, 219-231 (2001).

61. O. Powell, H. B. Harrison. Anisotropic etching of {100} and {110} planes in (100) silicon. J. Micromech. Microeng. 11, 217-220 (2001).

62. J. Fruhauf, B. Hannemann. Anisotropic multi-step etch processes of silicon. J. Micromech. Microeng. 7, 137-140 (1997).

63. R. A. Wind, H. Jones, M. J. Little, M. A. Hines. Orientation-Resolved Chemical Kinetics: Using Microfabrication to Unravel the Complicated Chemistry of KOH/Si Etching. J. Phys. Chem. B, 106,1557-1569 (2002).

64. К. Sato, М. Shikida, Y. Matsushima, Т. Yamashiro, К. Asaumi, Y. Iriye, M. Yamamoto. Characterization of orientation-dependent etching properties of single-crystal silicon: effect of KOH concentration. Sensors and Actuators A 64, 87-93 (1998).

65. Донован Р.-П., Смит A.-M., Берри Б.-М., Основы технологии кремниевых интегральных схем. Окисление, диффузия эпитаксия. М., 1969 г. 451 с.

66. P.Krause, Е. Obermeler. Etch rate and surface roughness of deep narrow U-grooves in (110)-oriented silicon. J. Micromech. Microeng. 5, 112-114 (1995).

67. Holke, Н. Т. Henderson. Ultra-deep anisotropic etching of (110) silicon. J. Micromech. Microeng. 9, 51-57 (1999).

68. А.С.Сонин. Введение в физику жидких кристаллов. М.: Наука, 1983 г. 320 с.

69. JI.M. Блинов. Электро- и магнитооптика жидких кристаллов. М.: Наука, 1978 г. 384 с.

70. Е.С. Лукьянченко, В.А. Козун, В.И. Григос. Ориентация нематических жидких кристаллов. Успехи химии. 2, 214-237 (1985).

71. Ж. Коньяр. Ориентация нематических жидких кристаллов и их смесей. Минск: «Университет», 1986 г. 100 с.

72. М.В. Исаев, Е.А. Коншина, А.П. Онохов, Т.С. Туровская. Влияние структуры поверхности конденсированных слоев на ориентацию жидких кристаллов. Журнал технической физики. 65,10,175-179 (1995).

73. Г.И. Баранова, Д.Н. Глебовский, Н.Г. Бахшиев. Ориентационные свойства нематических жидких кристаллов в электрическом поле и их ИК спектры. Оптика жидких кристаллов. Труды ГОИ 60,194,25-31 (1986).150

74. Е.А. Коншина, А.И. Вангонен. Исследование ориентации тонких пленок нематика методом ИК-спектроскопии многократного нарушенного полного внутреннего отражения. Оптический журнал. 65, 7,34-38 (1998).

75. Г.С.Ландсберг. Оптика. М.: Государственное издательство технико-теоритической литературы. 1957 г. 759 с.

76. И.В. Савельев. Курс общей физики. Оптика. Атомная физика. Физика атомного ядра и элементарных частиц. т.З. М.: Наука. 1967 г. 416 с.

77. К. Miyano. Raman depolarization ratios and order parameters of a nematic liquid crystal. J. Chem. Phys. 69,4807-4813 (1978).

78. S. Jen, N.A.Clark, P.S.Pershan. Polarized Raman scattering studies of orientational order in uniaxial liquid crystalline phases. J. Chem. Phys. 66, 4635 (1977).

79. А.П. Капустин. Экспериментальные исследования жидких кристаллов. М: Наука. 1978 г. 368 с.

80. Data from Merck К GaA, Germany.

81. S.-T. Wu. Opt. Eng. 26,2,1208 (1987).

82. D. Kang, J.E. Maclennan, N.A. Clark, A.A. Zakhidov, R.H. Baughman. Electro-optic Behavior of liquid-crystal-filled silica opal photonic crystals: effect of liquid-crystal alignment. Phys.Rev.Lett. 86, 18, 4052-4055 (2001).

83. E. Graugnard, J.S. King, S.Jain, C.J. Summers, Y.Zhang-Williams, I.C. Khoo. Electric-field tuning of the Bragg peak in large-pore Ti02 inverse shll opals. Phys. Rev. В 72, 233105 (2005).