When radiating two bodies come close enough to catch evanescently decaying radiations at the interface, thermal radiation can exceed the blackbody radiation. Uniform micro-scale structures, especially grating structures, may induce additional radiation due to cavity mode resonance or magnetic polaritons. Due to the 'grating effects,' rigorous calculation is required to correctly simulate the heat transfer between gratings, and approximation considering only the near-field effect may be highly misleading. However, no research groups yet had meet experimental and theoretical approval of near-field radiation between grating structures. Here we suggest that the primary step should be in verifying whether the rigorous calculation of near-field thermal radiation in grating structures successfully agrees with the experiment. For this purpose, the narrowest grating fabricable by UV-lithography was patterned, and etched with deep reactive ion etching for the 7.3-$\mu$m depth. Phosphorous-doped silicon was deposited with low pressure chemical vapor deposition. Finally, this grating sample and a planar sample were brought down to 320 nm vacuum gap to observe near-field thermal radiation. The observation was compared with the proximity approximation, and thus the primary step for future experiment to compare with rigorous calculation was made.
플랑크의 흑체열복사 이론에서 복사에너지의 파장은 빈의 변위 법칙에 따라 물체의 온도에 대한 함수로써 표현된다. 두 물체 사이의 간격이 이 파장대와 비견할 만하면, 일반적으로 소멸하는 물체 표면에서의 전반사 모드를 다음 물체가 취득할 수 있어 흑체열복사 이론이 제한하는 상한선의 수백 배까지 달하는 열전달률을 갖는다. 이러한 현상을 근접장 복사열전달이라 한다. 열전달이 일어나는 표면이 어떤 입체 구조를 갖는다면 새로운 현상을 관측할 수 있다. 특히 격자 구조는 면대면 열전달에서는 관측하기 힘든 자성 폴라리톤 모드가 발동하고, 격자의 공동에서 공명이 일어날 가능성이 있다. 이는 단순한 면대면 복사열전달에서보다 더 큰 에너지를 전달할 수 있기 때문에 주목받았다. 그러나 아직 실험적으로 격자구조 평판 간 근접장 복사열전달에서 이론과 일치를 확인한 연구가 알려져 있지 않다. 본 연구에서는 근접장 복사열전달에서 실험과 계산을 비교하여, 계산으로 예측하지 못하는 효과 존재 여부를 확인하고자 한다. 이를 위해 자외선 노광 공정 한계가 허락하는 가장 얇은 선폭의 격자무늬를 현상하고, 보슈법을 이용하는 반응성 이온 식각 공정 기술을 적용해 깊이 7.3 $\mu$m의 격자 구조를 구현하였다. 여기에 저압 화학 증착을 이용해 음성 도핑된 실리콘을 증착하여, 도핑 실리콘 재질의 샘플을 완성하였다. 이 구조를 이용해 320 nm 가량의 진공 간격에서 도핑된 실리콘의 격자와 평면 사이 근접장 복사열전달을 관측하였고, 이를 근사 계산 결과와 비교하였으며, 이로서 향후 엄밀한 계산과 실험 결과를 비교하기 위한 초석을 마련하였다.
