Kirchhoff method is first applied to calculating the scattering effect of light in rough surface of semiconductor. The surface is assumed as Gaussian rough surface. Both backward scattering into the upper medium and forward transmitted scattering into the medium below the interface is illustrated. The dependence of the polarized scattering on surface parameters(rms height, correlation length) and incident and scattering directions is considered.
반도체의 요철 표면에서의 산란효과를 계산하기 위하여 Kirchhoff method가 처음으로 적용되었다.
표면은 Gaussian rough surface로 가정되었다. 경계면 위의 물질로 반사되는 산란과 경계면 밑의 물질로 투과되는 경우의 산란이 모두 제시되었다, 표면의 rms roughness와 correlation length, 빛의 입사각, 산란각에 따른 산란 효과를 입사되는 빛의 편광방향에 따라 각각 살펴 보았다.
산란 효과는 rms roughness의 증가에 따라, correlation length의 감소에 따라 더커졌다. 임사각에서의 변화는 scattering coefficient의 최고점의 위치를 이동시키며, HH scattering coefficient와 VV scattering coefficient의 차이에도 영향을 미쳤다.
입사각이 증가함에 따라서 HH scattering coefficient와 VV scattering coefficientscattering coefficient 사이의 차이가 점점 증가하였고 최고값은 약간 감소하였다.
scattering coefficient와 azimuth angle 사이의 관계도 고려하였다. 입사각이 40˚ 인 경우가 입사각 60˚ 인 경우에 비해 azimuth angle 방향으로의 산란이 증가함을 알았다. 그리고 azimuth angle 0˚ 부근에서는 항상 HH scattering coefficient가 VV scattering coefficient 보다 크지만, 그 차이가 azimuth angle 180˚ 부근에서는 거의 사라짐을 관찰했다. 그리고 산란각이 20˚ 에서 60˚ 로 증가함에 ZZ따라 azimuth angle 방향으로의 산란은 감소했다.
Roughness에서 의한 산란 효과를 보다 잘 이해하기 위하여 3차원 산란 패턴을 관찰하였다. 주목할만한 점은 반사의 경우 θs와 Ψs 에 대해여 산란 패턴이 대칭적이지 않다는 것이다. θs 방향으로의 산란이 Ψ s방향으로의 산란보다 큼을 관찰했다. 그러나 투과의 경우 산란 패턴은 θs와 Ψ s 대하여 거의 대칭적이었다. 이러한 현상은 투과되는 경우 빛이 반사의 경우에 비해 보다 밀한(dense) 매질을 지나기 때문인 것으로 생각된다.
반사되는 power와 투과되는 power를 계산하기 위하여 scattering coefficient를 모든 θs와 Ψs 에 대하여 적분하였다. 그 결과 rms roughness 값이 증가함에 따라 반사되는 power는 감소하고 투과되는 power는 약간 증가하였으나 그 차이는 크지 않았다. 이러한 결과로부터 본 논문에서 고려한 roughness를 가지는 태양전지에 있어서 빛의 흡수의 향상은 반사되는 power의 감소 때문이라기 보다는 빛이 지나가는 경로의 향상 때문이라고 결론 내릴 수 있다.
본 논문의 결과들은 태양전지에서 빛의 흡수를 보다 정확히 계산하는데 응용될 수 있으며, 본 논문에서 사용한 방법은 빛의 편광방법에 따른 각각의 반사, 투과를 계산할 수 있으므로 타원편광 측정법등에 응용될 수 있다.
