FDTD법을 이용한 금속 나노 구멍의 전기장 집속에 관한 연구

Abstract

최근 나노 구조와 빛 사이의 관계에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있는데 특히 표면 플라즈몬 현상에 대한 관심이 증가되고 있다. 이의 이론적 해석은 FDTD(유한차분 시간영영법) 시뮬레이션을 이용하여 해석 가능하다. 이 시뮬레이션을 통하여 원통형 구멍과 역사다리꼴 모양 구멍에서 금속구멍의 크기를 10, 50, 100nm로 변화시켰을 때와 금속의 두께를 40, 60 ,80nm로 변화시켰을 때의 전기장의 강도를 확인하였다. 이때 조사광의 파장은 400 ~ 1000nm를 주었고, 메쉬 크기는 0.2nm로 설정하였으며 구멍의 크기, 금속 박막의 두께 및 파장에 따른 금속 표면에서의 플라즈몬 현상을 분석하였다. FDTD 시뮬레이션의 결과로 나노 구멍보다 나노 역사다리에서 전기장의 강도가 강하게 나타나고 아래쪽 구멍의 한 변의 길이가 짧고 두께가 두꺼울 때 전기장의 강도가 더 강해짐을 볼 수 있었다. 이러한 방법은 다양한 분야에 응용이 가능하며, 특히 센서 및 광전송 필터 등에 적용할 수 있을 것이다.|Recently, the research for the relationship between nanostructures and light has given rise to considerable interest due to their possible numerous applications. Especially, surface plasmon provides an attractive method to study the phenomena of the transmission enhancement of optics. The finite-difference time-domain (FDTD) simulation is a method that provides accurate prediction of field motion for a variety of electromagnetic interaction with metal. The simulation is carried out to elucidate the nature of surface plasmon generated by nanoholes in metallic film interacting with the light. We performed the FDTD simulation to see how well the plasmon phenomenon occurs depending on the size of the metal nanoholes. To run the FDTD simulation, we drew the empty reversed nano trapezoidal shape and cylindrical nanohole with aid of 3D-CAD. The wavelength of the irradiated light were 400 ~ 1000nm and the mesh size was set as 0.2nm. We have analysed the plasmon phenomena in the surface of metal according to the size of the hole, the thickness of metal thin film, and wavelength. As a result of FDTD simulation, we could see strong in empty reversed nano trapezoidal shape than in the cylindrical nanoholes. In empty reversed nano trapezoidal shape, strong appears when the bottom side of reversed trapezoid size is smaller and the thickness is thicker. It can be applied to various fields, and can be used for sensors and optical transmission filters.