设计用于红外应用的反射微观结构

红外（IR）光在各个领域都有应用，包括热成像，夜视，生物医学传感器等。由于用于制造IR摄像机的镜头和窗户的材料的折射率很高，因此很大一部分的光被反射回（硅中约为30％，在三硫化锌锌锌中占21％）。克服此类挑战的常规方法是使用多层介电涂层，但这构成了诸如有限的带宽等挑战。狭窄的接受角；在高温下（例如激光器）操作时薄层之间的粘附损失。克服此类挑战的一种方法是用特定模式蚀刻镜头或窗户的顶表面，以增强红外光谱中的透射率。但是，分析镜头和窗户上不同蚀刻模式的透射率需要在最终确定产品之前进行多个设计迭代。

模拟抗反射微观结构的不同设计模式

模拟是解决高制造费用问题的最明智方法之一。您可以模拟不同的图案及其复杂性，以增强最终原型的透射率，然后将其用于制造。在这篇博客文章中，我们探讨了两个微观结构设计如何改善硅（〜70％）和镉锌钛化锌（〜79％）的大量透射率在特定波长频谱中超过90％。两个微观结构设计是：

1. 长方形
2. 金字塔

如下图所示，可以用矩形微观结构阵列将散装硅蚀刻在顶部。但是，可以模拟单个单位单元格和周期性条件，而不是对矩形微结构的阵列进行建模。这种方法大大减少了模型的计算时间，而不会阻碍结果的准确性。您当然可以在comsolMultiphysics®软件中分析一个3D单元单元，但是，为了保持分析简单，并且仍然获得大量见解，我们将展示一种方法来模拟3D单元的简单2D交叉部分细胞模型。

散装硅可以用散装硅上的矩形微结构阵列代替。具有周期性条件的单位细胞模型复制了散装硅上的矩形微结构的阵列。

矩形微观结构和硅底物

硅的大部分透射率估计约为70％。其他30％在环境中被反映和丢失。在本节中，我们将讨论在Si底物顶部蚀刻的矩形微结构的阵列如何在2.6 um和4.5 UM之间运行时，在SI底物上蚀刻的矩形微观结构阵列如何增强透射率超过90％。还分析了用矩形微结构（0-80°）的矩形微结构蚀刻的散装Si的透射率。

矩形蚀刻图在完整的硅块底物上进行。但是，为简单起见，我们考虑了一个2D横截面单位细胞模型，如下图所示。可以改变矩形图案的高度和宽度以及单位电池的音高，以在2.6 um和4.5 um之内更改透射率。

在该模型中，晶胞的俯仰被认为是780 nm，而矩形的高度和宽度分别为450 nm和125 nm。Floquet周期性条件可以应用于单位单元的两侧。这港口条件，端口类型设置为周期性，可以选择发射电磁平面波在z方向（脱离平面）并在-y方向（向下）。在端口2中添加平面外（M =±1）衍射顺序，以解释高阶衍射。

建立矩形微观结构的单元单元的边界条件。

首先，在从2.6 UM扫描到4.5 UM的同时，进行波长域研究，步骤为0.1 um。然后，在扫射入射角的同时，进行操作波长为3 UM的波长域研究（在港口边界条件）在0到80°之间，步骤为1°。可以观察到，散装硅的透射率（〜69％）可以在2.6 um内提高到92％以上，而4.5 um（正常发病率）。在发病率扫描研究中，40°后的透射率显着下降。

0^Th- 硅矩形微观结构的顺序透射率具有不同的工作波长。

0^Th- 硅矩形微观结构的顺序透射率相对于入射角3 um。

带有镉锌酸锌基质的锥体微观结构

牙加仑（CZT）（CZT）的大量透射率估计约为79％。其他21％在环境中被反映和丢失。在本节中，我们将讨论在CZT底物顶部蚀刻的锥体微结构如何在7 um和14 UM之间的红外光谱中运行时增强的透射率超过90％。还分析了用锥体微观结构（0-80°）的锥体微观结构蚀刻的大量CZT的透射率。

在该模型中，晶胞的俯仰被认为是2.4 um，而金字塔的高度则为5 um。金字塔顶部边缘的宽度被认为是100 nm。同样，Floquet周期性条件在单位单元的两侧都应用，而港口健康）状况，周期性选择，选择发射电磁平面波在z方向（脱离平面）并在-y方向（向下）。在端口2中添加平面外（M =±1）衍射顺序，以解释高阶衍射。

建立锥体微结构的单元单元的边界条件。

首先，波长域研究是在从7 um到14 um的同时进行的，步骤为0.2 um。然后，在扫射入射角的同时，执行具有操作波长为7.5 UM的波长研究（在港口边界条件）在0到80°之间，步骤为1°。可以观察到，从散装硅（〜79％）的透射率可以提高到7 UM内的94％以上，而14 UM的发射率正常。在发病率扫描研究中，27°后的透射率显着下降。

0^Th- CZT锥体微观结构的订购式透射率具有不同的工作波长。

0^Th-CZT锥体微观结构的订购式传递，而相对于入射角的运行为7.5 UM。

总结思想

使用仿真，我们能够确定矩形硅微结构可以在2.6 um和4.5 um光谱之间增加散装硅（〜70％）的透射率（〜70％），而锥体CZT微观结构可以增加体积的传输。在7 UM和14 UM频谱之间，CZT（〜79％）至94％以上。我们还可以观察到，当矩形硅和锥体CZT微结构的入射角增加时，透射率会降低。

下一步

是否想尝试为红外波长建模微结构抗反射涂层？单击下面的按钮以访问此处讨论的模型的MPH文件。

您也可以尝试此相关教程具有多层抗反射涂层的模型。

参考

1. D.S. Hobbs，B.D。麦克劳德（MacLeodProc。SPIE 5786，窗户和圆顶技术和材料IX，第349–364页，2005年。