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그림은 실리콘(Si) 결정의 표면 위에 일산화실리콘(SiO) 박막을 코… | [변리사 1차] 13년 1회차 기출문제 상세 페이지

1[변리사 1차] 13년 1회차
그림은 실리콘(Si) 결정의 표면 위에 일산화실리콘(SiO) 박막을 코팅하여 제작한 태양전지에 입사각이 θ로 태양광이 입사되고 반사되는 것을 보인 것이다. Si와 SiO의 굴절률은 각각 nSi = 3.50, nSiO = 1.45이다. 
문제 이미지
입사되는 빛의 중심 파장이 580 nm일 때, 입사각이 θ = 0°로 입사되는 빛의 반사가 최소로 되는 SiO박막의 최소 두께 d (nm)는?
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25.0
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50.0
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60.0
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80.0
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100
해설

반사가 최소가 되는 SiO 박막의 최소 두께는 100 nm이다.

그림에서 굴절률은 공기 nair=1.00n_{air}=1.00, 박막 nSiO=1.45n_{SiO}=1.45, 기판 nSi=3.50n_{Si}=3.50으로 바깥에서 안쪽으로 갈수록 커진다. 따라서 공기-SiO 경계와 SiO-Si 경계에서 반사되는 빛 모두 굴절률이 더 큰 매질과의 경계에서 반사되어 π\pi의 위상변화를 겪고, 두 위상변화가 서로 상쇄되어 광경로차만 남는다.

수직 입사(θ=0∘\theta=0^\circ)에서 박막을 왕복하는 광경로차는 2nSiOd2n_{SiO}d이므로, 반사가 최소(상쇄간섭)가 되려면
2nSiOd=(m+12)λ(m=0,1,2,⋯ )2n_{SiO}d=\left(m+\tfrac{1}{2}\right)\lambda\quad(m=0,1,2,\cdots)

최소 두께는 m=0m=0일 때이므로
d=λ4nSiO=5804×1.45=5805.8=100 nmd=\dfrac{\lambda}{4n_{SiO}}=\dfrac{580}{4\times 1.45}=\dfrac{580}{5.8}=100\,\mathrm{nm}

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