¥” X ¢ Ä Z ØS ‡ ˜ m ŒW Ä (FDTD)U ê s0 n É ù p § T “ Ó Þ” X ¢ Super-RENS/ROM O ­ Ž± Ž  Œ º8 ý < 0t Þ Ã Å„ Æ A 0V Ä

–

¥” X ¢ Ä Z ØS ‡ ˜ m ŒW Ä (FDTD)U ê s0 n É ù p § T “ Ó Þ” X ¢ Super-RENS/ROM O ­ Ž± Ž  Œ º8 ý < 0t  Þ Ã Å„ Æ A 0V Ä

¼

ÿ ›%
 4 w H · ­ ¤c S @Š ~ x ^∗ ·  ™ »# Ü g Y @

“

  @ /† < Ɠ § Ó ü t o † < Æõ , “  …  ; 402-751

 +

2„  »Œ ‰ x ·  ™ » . > ý — ¡

LG „   l Õ ü t" é ¶, " fÖ  ¦ 137-724 (2005¸   12 Z 4 13{ 9  ~ à Î6 £ §)

Super-RENS/ROM (Super-REsolution Near-Field Structure, Read Only Memory) _  ’    ñµ 1 ÏÒ q t " é ¶ o

\  ¦ s K  l  0 AK " f 3 " é ¶ FDTD (finite difference time domain) ~ ½ ÓZ O `  ¦ s 6   x ô  Ç „  í ß –— ¸  á Ԗ ÐÕ ªÏ þ ›

` 

¦  ^ ‰ ] j Œ • % i  . ] j Œ •  ) a FDTD „  í ß –— ¸  á Ԗ ÐÕ ªÏ þ ›_  : £ ¤f ç “ É r E $ ™Ý ¼\ " f n Û ¼ß ¼ ³ ð€   t  • ¸² ú ˜ô  Ç y n

C_  ì  r Ÿ í\  ¦ 7 ˜'  r] X  (Vector diffraction) ~ ½ ÓZ O Ü ¼– Ð > í ß –`  ¦ “ ¦ n Û ¼ß ¼ ³ ð€  \ " f n Û ¼ß ¼ ? / Ò t   H FDTD – Ð > í ß –`  ¦ à º' Ÿ ô  Ç s Ê ê\ , s    õ \  ¦  r    H] X  © œ (near field) \ " f " é ¶   © œ (far field) Ü ¼– Ð   ¨ 8 Š

  H õ & ñ `  ¦ : Ÿ x # Œ F  g  Ž Ø  ¦ l \ " f 8 £ ¤& ñ ÷ &  H ’    ñ\  ¦ > í ß – % i  . ‘ : r ƒ  ½ ¨\ " f  H ] j Œ •  ) a FDTD „  í ß –

—

¸  á Ԗ ÐÕ ªÏ þ ›`  ¦ s 6   x # Œ F  g n Û ¼ß ¼ x à Ô_  f ”  â x 9  U  ·s     oü < { 9   c ” _  ¼ # F  g  © œI     o\    É r F  Ò q

t’    ñ\  ¦ > í ß – x 9  K $ 3  % i  . : £ ¤ y , > í ß –  ) a   õ  ° ú כ`  ¦ : Ÿ x # Œ Super-ROM n Û ¼ß ¼ ½ ¨› ¸_  ’    ñµ 1 ÏÒ q t

"

é

¶ o   H é ß –í  H y  x à Ô_  ” > r F \  _ ô  Ç l  † < Æ& h  ½ ¨› ¸\  _ ô  Ç  כ Ü ¼– Ð [ O " î ½ + É Ã º \ O 6 £ §`  ¦ S X ‰ “   ½ + É Ã º e ” % 3  .

PACS numbers: 42

Keywords: œ íK  © œ, Ä »ô  Ç ì  r r ç ß –½ ¨% i  ~ ½ ÓZ O , Super-RENS, Super-ROM

I. " e  ] Ø

&

ñ ˜ Ð o r @ /– Ð_  ”  { 9 s  5 Å q  o ÷ &  H ‰ & ³F \  e ” # Q" f, /

å L  ô  Ç n t _ O  – B HJ $ ™Þ Ô_  7 £ x – Ð “  K " f > h> h“  s  כ ¹½ ¨

  H & ñ ˜ Ð_  $  © œ 6   x | ¾ ӓ É r z  ´– Ð l  / å L à º& h Ü ¼– Ð 7 £ x  “ ¦ e ”

 .   " f s  à ºכ ¹\   Ò6 £ x l  0 AK " f # Œ Q t  7 á x À Ó _

 & ñ ˜ Ð $  © œB ^ ‰[ þ t \  @ /ô  Ç ƒ  ½ ¨  Ö ¸ µ 1 Ïy  ”  ' Ÿ ÷ &“ ¦ e ” 



. : £ ¤ y  Õ ª ×  æ \ " f F  g & ñ ˜ Ð$  © œB ^ ‰ l Õ ü t“ É r F  g " é ¶ _  é ß – 



© œ oü < NA (numerical aperture)_  7 £ x – Ð “  ô  Ç l 2 Ÿ ¤ x  à

Ô ß ¼l _  y Œ ™™ è\  _ K   Ø Ô>  “ ¦x 9 • ¸ o s À Ò# Qt “ ¦ e ”

 . Õ ª Q
 s ü < ° ú  “ É r l Õ ü t > hµ 1 Ï\ • ¸ Ô  ¦ ½ ¨ “ ¦ y n Cs   t

  H Ó ü t o & h “   : £ ¤$ í “    r] X ô  Ç> – Ð “  K  l ” > r _  ~ ½ ÓZ O `  ¦ s

6   x ô  Ç “ ¦x 9 • ¸ o  H z  ´| 9 & h “   ô  Ç> \  • ¸² ú ˜Ù þ ¡ . : £ ¤ y  F  g _

  r] X ô  Ç> \  ¦ F G4 Ÿ ¤ l  0 AK " f ´ ú §“ É r ~ ½ ÓZ O s  ] jî ß –÷ &“ ¦ e ”

  H X <, Õ ª ×  æ  © œ y Œ • F  g`  ¦ ~ à Γ ¦ e ”   H ~ ½ ÓZ O s  ™ è0 A Super- RENS (Super REsolution Near-field Structure)  H ~ ½ ÓZ O s 



 [1–3]. s  ~ ½ ÓZ O “ É r   H] X  © œ (near field)`  ¦ s 6   x l  0 Aô  Ç

∗

E-mail: [email protected]

F 

g † < Æ& h  ½ ¨› ¸\  ¦ K ‰× ¼  Òì  r s      n Û ¼ß ¼  ^ ‰\  ½ ¨‰ & ³† < Ê Ü

¼– Ð+ ‹ K ‰× ¼ü < n Û ¼ß ¼_   o \  ¦ Ø  æì  r y  S X ‰ ˜ Ð ½ + É Ã º e ” “ ¦ n

Û ¼ß ¼_  ] j Œ •\  # Q 9¹ ¡ § s  \ O Ü ¼Ù ¼– Ð ´ ú §“ É r › ' a d ” `  ¦ ~ à Γ ¦ e ”

 . Õ ª Q
 F  g " é ¶ Ü ¼– Ð  6   x ÷ &  H y n C_    © œ˜ Ð   Œ •“ É r % ò

%

i \  & ñ ˜ Ð\  ¦ l 2 Ÿ ¤ “ ¦ ó ø Í1 l q   H ‰ & ³ © œ\  @ /ô  Ç Ó ü t o & h  s  K

  Ò7 á ¤ ô  Ç ‰ & ³z  ´s  .   " f œ íK  © œ F  g n Û ¼ß ¼\ " f µ 1 Ï Ò q

t   H è ß –K ô  Ç Ó ü t o & h  ‰ & ³ © œ`  ¦ & ñ S X ‰ y  s K  l  0 A # Œ

€ 9

ƒ  & h Ü ¼– Ð Ã ºu K $ 3 & h “   ƒ  ½ ¨ € 9 כ ¹ô  Ç  © œ S ! s  9, : £ ¤ y

 7 ˜'   r] X  s  : r õ  Ð  oÛ ¼R / ÷ ~ ½ Ó& ñ d ” `  ¦ & ñ S X ‰ y  Û  ¦ l  0 Aô  Ç s

 : r Ü ¼– Ð  s ß ¼– Ð  : Ÿ x’   (microwave communication), Y

Us  8 (radar), Ÿ íž Ð_ ”  ß ¼o Û ¼» 1 Ï (photonics crystal),  ½ ™

×

¼˜ : r (cellular telephone) 1 p x _  % ò % i \ " f ´ ú §“ É r ƒ  ½ ¨ ‚   '

Ÿ  ÷ &# Q”   Finite-Difference Time-Domain (FDTD) “ ¦

  H ~ ½ ÓZ O s  œ íK  © œ ‰ & ³ © œ`  ¦ s K  l  0 AK " f ´ ú §s   6   x

÷

&“ ¦ e ”   [4].

‘

: r ƒ  ½ ¨\ " f  H F  g n Û ¼ß ¼ l 2 Ÿ ¤ 8 £ x ? /\ " f { 9 # Q
  H Ó

ü

t o & h  ‰ & ³ © œ`  ¦ & ñ S X ‰ y  s K  l  0 AK " f FDTD ~ ½ ÓZ O `  ¦ s

6   x ô  Ç „  í ß –— ¸  á Ԗ ÐÕ ªÏ þ ›`  ¦  ^ ‰ > hµ 1 Ï % i  . ] j Œ •  ) a

FDTD „  í ß –— ¸  á Ԗ ÐÕ ªÏ þ ›`  ¦ Super-ROM ½ ¨› ¸\  & h 6   x

-113-

# Œ F  g n Û ¼ß ¼ x à Ô_  f ”  â , U  ´s  x 9  U  ·s     oü < { 9   c ”

_  ¼ # F  g  © œI     o\    É r F Ò q t’    ñ\  ¦ > í ß – x 9  K $ 3 `  ¦

% i  .

II.  ¹ ō ˜ m{ ¢  ³ Žz º§ Žq œ 8 ý — ¤Ç S Ë

1. FDTD  ¹ ō ˜ m{ ¢  ³ Žz º§ Žq œ 8 ý  Œ º

]

j Œ •  ) a FDTD „  í ß –— ¸  á Ԗ ÐÕ ªÏ þ ›_  : £ ¤f ç “ É r Fig. 1 ü <

Fig. 2 \ 
 ? /“ ¦ e ”  . s M : Fig. 1“ É r FDTD „  í ß –— ¸  á

Ԗ ÐÕ ªÏ þ ›_  „  ^ ‰ Ó ü t o & h  r Û ¼% 7 ›`  ¦ [ j  Òì  r _  % ò % i , 7 £ ¤ 7 ˜'  r] X  % ò % i , FDTD > í ß – % ò % i ,   H] X ¸ ú š-" é ¶   © œ   ¨ 8 Š

% ò

% i Ü ¼– Ð
¾ º# Q ³ ð‰ & ³ “ ¦ e ”  . s \  ¦ • ¸d ”  o # Œ ³ ð‰ & ³ ô

 Ç Õ ªa Ë >s  Fig. 2ü < ° ú   . @ /Ó ü tE $ ™Ý ¼\  ¦ : Ÿ x õ ô  Ç { 9   c ” “ É r Mansuripur _  7 ˜'   r] X ~ ½ ÓZ O Ü ¼– Ð F  g n Û ¼ß ¼ ³ ð€   t  • ¸

² ú

˜   H y n C_  ì  r Ÿ í\  ¦ > í ß –`  ¦ ô  Ç Ê ê s    õ \  ¦ FDTD „  í ß –

—

¸ \  ¦ 0 Aô  Ç { 9 § 4  ° ú כÜ ¼– Ð  6   x ô  Ç . s  { 9 § 4  ) a „   l  

\

 ¦ s 6   x K " f F  g n Û ¼ß ¼_  ³ ð€  õ  F  g n Û ¼ß ¼_  l ó ø Í_  { 9  Â

Ò\  ¦ Ÿ í† < Êô  Ç % ò % i `  ¦ FDTD > í ß –\  _ K " f ì ø Í   ) a „    l

 \  ¦  r  F  g n Û ¼ß ¼_  ³ ð€  \ " f % 3 >  ÷ &  H X < s    õ 

\

 ¦  r    H] X  © œ (near field) \ " f " é ¶   © œ (far field) Ü ¼– Ð



 ¨ 8 Š   H õ & ñ `  ¦  u €   E $ ™Ý ¼– Ð ì ø Í   ) a y n C_  ì  r Ÿ í• ¸\  ¦

%

3 >   ) a  . s  % 3 # Q”   „   l  \  ¦ E $ ™Ý ¼ ³ ð€  \ " f & h ì  r`  ¦ 2

[ €   z  ´] j F  g  Ž Ø  ¦ l \ " f  Ž Ø  ¦ ÷ &  H ’    ñ\  ¦ % 3 `  ¦ à º e ” 

>

  ) a  . s    õ  F  g n Û ¼ß ¼\ " f_  l 2 Ÿ ¤  ß ¼ü < c ” _  0 Au 

\

   É r ì ø Í Ö  ¦ _     o\  ¦ > í ß –½ + É Ã º e ” “ ¦, s   H / B I F  g n  Û

¼ß ¼_  F Ò q t’    ñü < › ' aº   ) a    H  z  ´`  ¦ · ú ˜ à º e ”  .

2. s ð ' [ > H± n Ç (Vector diffraction) T Â ] Ø

{ 9

ì ø Í& h Ü ¼– Ð   H] X  © œ % ò % i \ " f  H Û ¼º ú ˜   r] X s  : r s  & h 

½

+ Ë t  3 l w ô  Ç  כ Ü ¼– Ð · ú ˜ 94 R e ”  . s     â Ä º  H 7 ˜'   r

Fig. 1. Concept of FDTD simulator.

] X

s  : r`  ¦ • ¸{ 9 K     H  כ Ü ¼– Ð · ú ˜ 94 R e ”   H X <, ‘ : r ƒ  

½

¨\ " f  H F  g n Û ¼ß ¼ ì  r  \ " f ´ ú §s   6   x ÷ &“ ¦ e ”   H M.

Mansuripur _  7 ˜'   r] X s  : r`  ¦ s 6   x # Œ @ /Ó ü tE $ ™Ý ¼\ 

"

f F  g n Û ¼ß ¼ ³ ð€  \  • ¸² ú ˜   H „   l  _  ì  r Ÿ í\  ¦ > í ß –

l  0 AK " f  6 £ § õ  ° ú  “ É r › ' a > d ” `  ¦ s 6   x % i   [5,6].





A

x

(x, y, z) A

y

(x, y, z) A

z

(x, y, z)



 =

Z Z 1

√ σ

_z







1 −

_1+σ^σx2

z

−

^σ_1+σ^xσy

z

−

_1+σ^σxσy

z

1 −

_1+σ^σ2x

−σ

x

−σ

y z





 (1)

 F (A

x

(x, y, z = 0)) F (A

y

(x, y, z = 0))



exp[2πi(xσ

_x

+ yσ

_y

+ zσ

_z

)]dσ

_x

dσ

_y

#

Œl " f A

ⁱ

  H „  l  © œs 
  l  © œ_  $ í ì  r s “ ¦ F   H É Òo 

\

   ¨ 8 Š (Fourier transform) `  ¦ _ p ô  Ç . ¢ ¸ # Œl " f σ

ⁱ



 H ~ ½ ӆ ¾ Ó  ï “  `  ¦
  · p .  À » d ” _  _ p   H z = 0“   ¨ î

€

 \ " f_  „  l  © œs 
  l  © œ`  ¦ · ú ˜€  , Õ ª É Òo \    ¨ 8 Š`  ¦ s

6   x K " f  o  ë ß –
p u b  # Q”   / B M _  „  l  © œõ   l  © œ_  ì  r

Ÿ

í\  ¦ > í ß –½ + É Ã º e ”    H _ p \  ¦
 ? /“ ¦, & h ì  r î  r X < e ” 



 H ' Ÿ § > =“ É r E $ ™Ý ¼_  ” > r F \  _ K " f Ï ã J] X ÷ &  H ´ òõ \  ¦ “ ¦ 9

l  0 Aô  Ç  כ s  .

3. – ¥” X ¢ Ä Z ØS ‡ ˜ m ŒW Ä (Finite-Difference Time- Domain) U ê s0 n É

FDTD ~ ½ ÓZ O “ É r Mur, Berenger, Taflove 1 p x _  ´ ú §“ É r s  : r

\  _ K " f à º& ñ ˜ Ð ¢ - a ) a Ê ê, ´ ú §“ É r „     ë  H ] j\  ¦ K $ 3 

  H ~ ½ ÓZ O Ü ¼– Ð V , o   6   x ÷ &“ ¦ e ”   [7]. d ”  (1)“ É r „    



 H B | 9 s  ç  H{ 9 $ í , 1 p x ~ ½ Ó$ í , ç  H| 9 $ í `  ¦ t  9, ’ < Hz  ´s  \ O 

Fig. 2. Structure of FDTD simulator.



  H & ñ \ " f Maxwell ~ ½ Ó& ñ d ” `  ¦  6 £ § õ  ° ú  s  ³ ð‰ & ³ 

% i  .

∂ ~ H

∂t = − 1

µ ∇ × ~ E (2)

∂ ~ E

∂t = 1

 ∇ × ~ H (3) s

 ~ ½ Ó& ñ d ” [ þ t“ É r „    _  l ‘ : rd ” s  9 / B N ç ß – ý a³ ð © œ_  ô  Ç

&

h _  ~ E ü < ~ H ü < › ' aº   ) a  . 0 A_  7 ˜'  à ºd ” `  ¦ f ” y Œ •ý a³ ð> 

–

Ð „  > h €   6> h_  Û ¼º ú ˜  à ºd ” Ü ¼– Ð ì  r o ÷ &“ ¦ s \  ¦ ×  æd ” 

ì  r   H  \  ¦ s 6   x # Œ p ì  r d ” `  ¦ s í ß – o “ ¦ Yee\  _  K

 ] jî ß –  ) a Fig. 3 _  ³ ðl Z O \  _ K " f E

x

$ í ì  r õ  H

x

$ í ì  r

`

 ¦
 ? /€    6 £ § õ  ° ú   .

E

_xⁿ⁺¹

(i, j, k) = E

ⁿ_x

(i, j, k) + (4)

∆t ε •

"

_H^n+1/2

z (i,j+1,k)−H_zn+1/2(i,j,k)

∆y

−

^Hyn+1/2(i,j,k+1)−H_zn+1/2(i,j,k)

∆z

#

H

_x^n+1/2

(i, j, k) = H

_x^n−1/2

(i, j, k) + (5)

∆t µ •

"

_Eⁿ

z(i,j,k)−Ezn(i,j−1,k)

∆y

−

^{Eyn(i,j,k)−E}_∆z^{yn(i,j,k−1)}

#

E

y

$ í ì  r õ  E

z

$ í ì  r[ þ t • ¸ d ” (2)ü < ° ú  “ É r + þ AI – Ð ½ ¨K ”   .

s

M : i, j, k   H E ü < H_  ] X & h _  0 Au – Ð & ñ _ ÷ &“ ¦ ] X & h  [

þ

t  s _   o   H x, y, z ~ ½ ӆ ¾ Ó_  / B N ç ß –s í ß – o ç ß –   ∆x =

∆y = ∆z – Ð Å Ò# Qt  9, r ç ß –s í ß – oç ß –  “ É r ∆t – Ð Å Ò# Q”  



. s  ~ ½ Ó& ñ d ” [ þ t \ " f Ä »„  Ö  ¦ õ  È Ò Ö  ¦“ É r y Œ • € 9 × ¼$ í ì  r[ þ t _

 0 Au \     & h ] X ô  Ç ° ú כ`  ¦ t >  ÷ & 9 ∆x, ∆y, ∆z ü <

∆t î ß –& ñ › ¸|  (stability condition)\  ´ ú >  ‚  × þ ˜ ÷ &# Q  ô  Ç



.

Fig. 3. Three dimensional Yee cell.

4. ¿ R <± n ÉX ê s- Ì ¦ Rß f ÄX ê s
ì Åò & ÿ (Near to Far Transforma- tion)

FDTD r Ó ý t Y Us ‚  _   â Ä º, Ä »ô  Çô  Ç ½ ¨ç ß –\  @ /ô  Ç r Ó ý t Y

Us ‚  `  ¦ à º' Ÿ    H  כ “ É r ´ òÖ  ¦& h s t ë ß – z  ´] j– Ð › ' a8 £ ¤ 



 H 0 Au  r Ó ý t Y Us ‚   ½ ¨ç ß –\ " f Y O o  b  # Q4 R e ”   H  â Ä

º, — ¸Ž  H % ò % i `  ¦   FDTD– Ð > í ß –   H  כ “ É r  z  ´ © œ Ô  ¦

0 p x  . ‘ : r ƒ  ½ ¨\ " f, n Û ¼ß ¼_  ³ ð€  \ " f
 
  H F  g

†

< Æ& h  ‰ & ³ © œ`  ¦ F ‰ & ³ l  0 AK " f FDTD\  ¦  6   x K   t  ë

ß –, n Û ¼ß ¼ ³ ð€  \ " f ì ø Í   ) a y n Cs  @ /Ó ü tE $ ™Ý ¼\  • ¸² ú ˜   H õ

& ñ “ É r ™ è0 A   H] X  © œ-" é ¶   © œ   ¨ 8 Š (near field to far field transformation) ~ ½ ÓZ O `  ¦ æ ¼  H  כ s  ´ òÖ  ¦& h s   [6].   

"

f, n Û ¼ß ¼ ³ ð€  \ " f_  „  l  © œõ   l  © œ_  ì  r Ÿ í\  ¦ s 6   x K

 " é ¶   © œ (far field)– Ð & h ] X ô  Ç   ¨ 8 Š`  ¦ 2 [ €   " é ¶   H 0 A u

\ " f_  „  l  © œõ   l  © œ`  ¦ % 3 `  ¦ à º e ” “ ¦ s \  ¦ s 6   x K 

› '

a d ”  e ”   H Ó ü t o | ¾ ӓ   „   l  _  \  -t  x 9 • ¸, 7 £ ¤ y n C_  [ j l

\  ¦ ½ ¨½ + É Ã º e ”  .

Fig. 4. Disk structure of Super-ROM.

Fig. 5. A schematic diagram of pit structure with varied

laser beam position.

III. FDTD  ¹ ō ˜ m{ ¢  ³ Žz º§ Žq œ 8 ý + s ÇÊ Ý

‘

: r ƒ  ½ ¨\ " f  H   © œs  405 nm“   F  g " é ¶ õ  NA 0.8“  

@

/Ó ü tE $ ™Ý ¼\  ¦ s 6   x # Œ 120 nm_  c ”  Û ¼…  Ò (spot) ß ¼l \  ¦ >  í

ß –\   6   x % i  . s M : ROM n Û ¼ß ¼_  ½ ¨› ¸  H Fig. 4 \ 

"

f ˜ Ѝ  H  ü < ° ú  s  Kikukawa \  _ K  ] jî ß –  ) a SiO

₂

(10 nm)/Sb(15 nm)/SiN(100 nm)/Al(100 nm)/Substrate(80 nm) ½ ¨› ¸s  9, Kikukawa _   â Ä º\   H SiN _  ¿ ºa \  ¦ 170 nm – Ð [ O & ñ % i   H X <, Õ ª s Ä »  H F  g " é ¶ _    © œs  680 nm\  ¦



6   x r  λ/2 _  › ¸| `  ¦ ë ß –7 á ¤ r v   H ¿ ºa s l  M :ë  H s  9,

‘

: r > í ß –\ " f  H   © œ`  ¦ 405 nm\  ¦  6   x % i l  M :ë  H \  SiN _

 ¿ ºa \  ¦ λ/2 _  › ¸| `  ¦ ë ß –7 á ¤ r v   H 100 nm – Ð [ O & ñ 

%

i   [8]. Fig. 5  H ¹ ¡ §f ” s   H c ” _  — ¸d ” • ¸\  ¦
 ? /“ ¦ e ” 



. Y Us $  c ” _  ×  æd ” _  0 Au \  ¦ x à Ô\  @ /K " f  © œ@ /& h Ü ¼

–

Ð ¹ ¡ §f ” s €  " f > í ß –`  ¦ à º' Ÿ  # Œ Y Us $  c ” _  0 Au \   

 É

r ì ø Í Ö  ¦ _  s \  ¦ > í ß –   H — ¸d ” • ¸s “ ¦ ì ø Í Ö  ¦ 8 £ ¤& ñ



rà º\  ¦ 6  r– Ð t & ñ Ù þ ¡`  ¦ M :_  r  Œ •& h \ " f = å Q& h  t  c ” _  0

Au \     o\    É r ì ø Í Ö  ¦`  ¦ 8 £ ¤& ñ ô  Ç Õ ªa Ë >s  . ¢ ¸ô  Ç, y Œ • 8

£

x _  Ó ü t o  © œÃ º ° ú כ[ þ t“ É r Table 1 \  ] jr ÷ &# Qe ”  .

1. Y ² Ž8 ý ± ŽM 
ì Å× D; c   \ ¥ 4  ˜ m

Fig. 6 ü < Fig. 7“ É r 0 Aü < 1 l x{ 9 ô  Ç › ¸| \ " f 50 nm_  x  à

Ô U  ·s \  ¦ t  9, x à Ô_  ß ¼l  y Œ •y Œ • 210 nm ü < 70 nm { 9

 ¿ º  â Ä º_  c ”  ×  æd ” _  0 Au    o\  @ /ô  Ç E $ ™Ý ¼ Â Ò   H \ 

Fig. 6. Beam intensity profiles at lens when the pit size of ROM is 210 nm : (a) Pit-centered beam and (b) Land- centered beam

Table 1. Refractive indices and thicknesses of each layer in Super-ROM disk structure.

Material Refractive index Thickness(nm)

SiO

2

2 10

Sb 3.88 + 0.01i 15

SiN 2 100

Al 0.49 + 4.86i 100

Substrate 2 50

"

f > í ß –  ) a ì ø Í   ) a c ” _  [ jl  ì  r Ÿ í\  ¦
 ? /“ ¦ e ”  . s  M

: Õ ªa Ë >_  x» ¡ ¤“ É r c ” _  s 1 l x ~ ½ ӆ ¾ Ó, y» ¡ ¤“ É r n Û ¼ß ¼_  ì ø Í â ~ ½ Ó

†

¾ Ó, z» ¡ ¤“ É r y n C_  [ jl `  ¦ _ p ô  Ç . Fig. 6(a)  H x à Ô_  ß ¼ l

 210 nm{ 9  M :, x à Ô ×  æd ” \  c ”  ×  æd ” s  { 9     H  â Ä

º E $ ™Ý ¼ Â Ò   H \ " f_  ì ø Í   ) a c ” _  [ jl  ì  r Ÿ í\  ¦ ˜ Ð# ŒÅ ғ ¦ e ”

 . c ”  ×  æd ” s  x à Ô_  ×  æd ” \  { 9     H  â Ä º\   H c ” _ 

×

 æd ” s    É r 0 Au \  e ” `  ¦ M :˜ Ð  y n C_  y © œô  Ç  r] X \  _  K

" f / B N ç ß –& h Ü ¼– Ð 
_   H x ß ¼ü < Šҁ  \  W 1 > h_   Œ •

“ É

r x ß ¼ › ' a8 £ ¤ ÷ &  H  כ `  ¦ ^  ¦ à º e ”  . Fig. 6(b)  H x à Ô ü

< x à Ô  s _  ×  æ ç ß –Â Ò   H \  c ”  ×  æd ” s  0 Au    H  â Ä º\  E $

™Ý ¼Â Ò   H \ " f ì ø Í   ) a c ” _  [ jl ì  r Ÿ í\  ¦
  · p . s  % ò

%

i \ " f  H c ”  ×  æd ” s  x à Ô ×  æd ” \  e ” `  ¦ M :ü <  H ² ú ˜o  
 _

 V , “ É r % ò % i _  x ß ¼ + þ A$ í ÷ &  H  כ `  ¦ ^  ¦ à º e ”  .   ² D G Fig. 6 \ " f ˜ Ѝ  H  ü < ° ú  s  x à Ô_  ß ¼l  200 nm, U  ·s 

 50 nm “    â Ä º c ”  ×  æd ” _  0 Au    o\    É r y n C_  [ jl  _

 ì  r Ÿ í• ¸_     o Ì º§  ô  Ç s \  ¦ ˜ Ð# ŒÅ ҍ  H  כ `  ¦ › ' a8 £ ¤

Fig. 7. Beam intensity profiles at lens when the pit size

of ROM is 70 nm : (a) Pit-centered beam and (b) Land-

centered beam

Fig. 8. The change of the position dependent reflectivi- ties according to the variation of pit size.

½

+ É Ã º e ”  . ì ø ̀  , Fig. 7  H 405 nm _  F  g " é ¶ õ  0.85_  NA _

  r] X ô  Ç>  120 nm ˜ Ð   Œ •“ É r 70 nm x à Ô ß ¼l “    â Ä

º c ” _  0 Au    o\  @ /ô  Ç E $ ™Ý ¼Â Ò   H \ " f ì ø Í   ) a c ” _  [ j l

ì  r Ÿ í\  ¦
 ? /“ ¦ e ”  . # Œl " f Å Ò3 l q K   ½ + É & h “ É r Fig.

7(a) ü < Fig. 7(b)\ " f ˜ Ѝ  H  ü < ° ú  s   r] X ô  Ç>  ˜ Ð   Œ •

“ É

r x à Ô 70 nm{ 9   â Ä º\   H c ” _  0 Au    o\    É r ì ø Í  Ö

 ¦ õ  c ” _  [ jl  ì  r Ÿ í\     o  _  \ O   H  כ `  ¦ S X ‰ “   ½ + É Ã

º e ”  .

Fig. 8“ É r 0 Aü < ° ú  “ É r › ¸| \ " f 50 nm_  x à Ô U  ·s \  ¦  t

 9, x à Ô_  ß ¼l \  ¦ 210 nm { 9   â Ä ºü < 190 nm, 160 nm, 130 nm, 100 nm, 70 nm{ 9   â Ä º\  @ /ô  Ç c ”  ×  æd ” _  0 Au 



  o\    É r ì ø Í Ö  ¦ _     o\  ¦
 ? /“ ¦ e ”  . y Œ • x à Ô_  ß

¼l   H 30 nm ç ß –  Ü ¼– Ð    o\  ¦ Å Ò% 3 Ü ¼ 9, y Œ • x à Ô ß ¼l  _

 c ”  ×  æd ” _  0 Au \    É r ì ø Í Ö  ¦`  ¦ ô  Ç Õ ªa Ë >\  ³ ðr  # Œ

 ? /% 3  . # Œl " f Å Ò3 l q K   ½ + É & h “ É r  r] X ô  Ç>  s  © œ_  x

à Ô ß ¼l  210 nmü < 190 nm, 160 nm, 130 nm{ 9   â Ä º\ 



 H c ”  ×  æd ” _  0 Au \      H ì ø Í Ö  ¦ _     o\  ¦
 
  H ì

ø ̀  \   r] X ô  Ç>  s   100 nmü < 70 nm \ " f_  ×  æd ” _  0

Au \    É r ì ø Í Ö  ¦ _  s   _ 
 
t  · ú §  H  כ `  ¦ S X

‰ “   ½ + É Ã º e ”  .   ² D G Fig. 8“ É r  r] X ô  Ç>  s  _  x à Ô

\

 ¦ t   H Super-ROM _  F Ò q t’    ñ K $ 3 _  " é ¶ o   H é ß –í  H y

 x à Ô_  ” > r F _  _ ô  Ç l  † < Æ& h  ½ ¨› ¸\  _ ô  Ç  כ s     

 כ

e ” `  ¦ S X ‰ “   ½ + É Ã º e ”  . Æ Ò& h Ü ¼– Ð s  Õ ªa Ë >_   Ž “ É rÒ  o



o¶ ú ˜³ ð  H y Œ •y Œ •_  x à Ô ½ ¨› ¸_  = å Q  Òì  r`  ¦ _ p  “ ¦, & h ‚  



o¶ ú ˜³ ð  H y Œ •y Œ •_  x à Ô_  ß ¼l \    É r s Ö  © ô  Ç ¿ º x à Ô   s

_  ×  æd ”   Òì  r`  ¦ _ p   9, D/2– Ð ³ ðr  % i  .

2. Y ² Ž8 ý ¿ k ÐT 
ì Å× D; c   \ ¥ 4  ˜ m

Fig. 9“ É r x à Ô_  U  ·s  50 nm, 100 nm { 9  M :, c ”  ×  æ d ”

_  0 Au     o\    É r ì ø Í Ö  ¦ _     o\  ¦
  · p . Fig.

9 \ " f ˜ Ðs   H  ü < ° ú  s  x à Ô_  U  ·s     o\  @ /K " f c ” 

Fig. 9. The change of the position dependent reflectivi- ties according to the variation of pit depth.

Fig. 10. The change of the position dependent reflec- tivities according to the polarized states of the incident beam.

_

 ×  æd ” \  0 Au ô  Ç  â Ä º  H ì ø Í Ö  ¦ _  s 
t ë ß –, x à Ô [

þ

t _  ×  æ ç ß –\  0 Au ½ + É  â Ä º  H ì ø Í Ö  ¦ \  e ” # Q" f  H s 

t  · ú §6 £ §`  ¦ S X ‰ “  ½ + É Ã º e ” % 3  . ¢ ¸, x à Ô_  ×  æd ” \  c ” s  0

Au ½ + É  â Ä º  H ì ø Í Ö  ¦ \  e ” # Q" f  H s 
t  · ú §6 £ §`  ¦ S X

‰ “   ½ + É Ã º e ” % 3  . x à Ô_  ×  æd ” \  c ” s  0 Au ô  Ç  â Ä º• ¸ x

à Ô_  U  ·s  50 nm“    â Ä º 100 nm“    â Ä º\  q K 

"

f ì ø Í Ö  ¦ s   8  Œ •l  M :ë  H \    õ & h Ü ¼– Ð ì ø Í Ö  ¦ _     o

  8  H › ¸| e ” `  ¦ S X ‰ “  ½ + É Ã º e ” % 3  .

3.   Å° Ë Ñ8 ýÇ X ØV R Ë

Fig. 10“ É r p  ü < s  ¼ # F  g \    É r ì ø Í Ö  ¦ _     o\  ¦
 

? /“ ¦ e ”  . { 9    ) a y n C_  ¼ # F  g \    " f % i r  ì ø Í   ) a y n C _

 ì  r Ÿ í• ¸ü < ì ø Í Ö  ¦ _  ß ¼l   7   H ‰ & ³ © œs  · ú ˜ 94 R e ” 



 H X <, s \  ¦ S X ‰ “   l  0 AK " f p ü < s \  @ /K " f 1 l x{ 9 ô  Ç n

Û ¼ß ¼ ½ ¨› ¸\  @ /K " f y Œ •y Œ • > í ß –`  ¦ K  ˜ Ѐ Œ ¤ . · ú ¡\ " f_ 

>

í ß –“ É r — ¸¿ º p \  ¦  6   x K " f > í ß –ô  Ç  כ [ þ t s “ ¦ Fig. 10“ É r p  ü < s _  s \  ¦ ˜ Ð# ŒÅ Òl  0 AK " f ¿ º  â Ä º\  ¦ † < Êa  q 

“

§K  ˜ Ѐ Œ ¤ .

IV. + s Ç Â ] Ø

‘

: r ƒ  ½ ¨\ " f  H œ íK  © œ F  g n Û ¼ß ¼\ " f µ 1 ÏÒ q t   H è ß –K ô  Ç Ó

ü

t o & h  ‰ & ³ © œ`  ¦ s K  l  0 A # Œ Super-ROM F  g n Û ¼ß ¼

½

¨› ¸\  & h ½ + Ëô  Ç FDTD „  í ß –— ¸  á Ԗ ÐÕ ªÏ þ ›`  ¦  ^ ‰ > hµ 1 Ï

% i  . > hµ 1 Ï  ) a FDTD á Ԗ ÐÕ ªÏ þ ›`  ¦  6   x # Œ F  g n Û ¼ß ¼ x

à Ô_  f ”  â , U  ´s  x 9  U  ·s     o, { 9   c ” _  ¼ # F  g  © œI    



o\    É r F Ò q t’    ñ\  ¦ > í ß – x 9  K $ 3  % i  .   ² D G > í ß –  ) a F 

g n Û ¼ß ¼ ½ ¨› ¸_     o\    É r F Ò q t’    ñ\  ¦ : Ÿ x # Œ Super- ROM ½ ¨› ¸_  ’    ñµ 1 ÏÒ q t_  " é ¶ o   H é ß –í  H y  x à Ô_  ” > r F \  _

ô  Ç l  † < Æ& h  ½ ¨› ¸\  _ ô  Ç  כ Ü ¼– Ð [ O " î ½ + É Ã º \ O 6 £ §`  ¦ S X ‰

“

  ½ + É Ã º e ” % 3   [9,10].

P

c p 8 ý ò k >

FDTD > í ß – Òì  r \  • ¸¹ ¡ §`  ¦ ï  r ô  ǀ ª œ@ / 5 Å x$ 3   ñ “ §Ã º_ ” õ  þ

jl % ò † < ÆÒ q t\ >  y Œ ™ × ¼w n m  . ‘ : r ƒ  ½ ¨  H & ñ ˜ Ð: Ÿ x’  Â Ò _

 q IT† < Æõ  “ §õ õ & ñ > h¼ # t " é ¶  \ O (ITA-C1034-0401- 0007-0001) \  _ K   Òì  r& h Ü ¼– Ð t " é ¶ ÷ &% 3 6 £ §`  ¦ · ú ˜w n m  .

Y

c p w Š à U Ø ”  ô

[1] J. Tominaga, Appl. Phys. Lett. 73, 15 (1998).

[2] T. Kikukawa, Appl. Phys. Lett. 81, 25 (2002).

[3] H. Fuji, J. Tominaga, Jpn. J. Appl. Phys. 39, 2B (1999).

[4] D. Sullivan, Electromagnetic Simulation Using the FDTD Method (IEEE press, USA, 2000).

[5] M. Mansuripur, Appl. Phys. Lett. 21, 4328 (1999).

[6] M. Mansuripur, The Physical Principles of Magneto-Optical Recording (Cambridge University Press, United Kingdom, 1995).

[7] A. Taflove, Computational Eletrodynamics: the Finite Difference Time Domain (Artech House Boston, 2000).

[8] T. Kikukawa, Jpn. J. Phys. 40, 1624 (2000).

[9] W. Jingsong and G. Fuxi, App. Phys. Lett. 82, 2607 (2003).

[10] W. Jingsong and W. Yang, Opti. Commun. 224, 269

(2003).

Study on Reading Signal of Super-RENS/ROM Disk Using Finite Difference Time Domain Method

Duck-Won Ahn, Chun-Yeol You

^∗

and Kyong-Hon Kim Department of Physics, Inha University, Incheon 402-751

Jin-Hong Kim and Keumcheol Kwak

Devices & Materials Lab, LG Electronics Institute of Technology, Seoul 137-724 (Received 13 December 2005)

We developed a numerical simulator in order to study the Super-RENS/ROM (Super REsolution Near-Field Structure, Read Only Memory) by using a 3-dimensional FDTD (finite-difference time domain) method. The simulation was performed in three steps. In the first step, we utilized vector- diffraction theory to calculate the characteristics of the incident laser beam from the object lens to the surface of the disk. In the second step, we used the calculated result as an input for the main FDTD simulations on the optical layers in the disk structure. After the FDTD simulations had been performed, for the reflected signal, we took a near-to-far field transformation from the surface of the disk to the detector. Finally, we obtained the reflected signal at the photo-diode. Using this developed simulator, we were able to study the reading signal from various disk structures as a function of the laser beam’s position. We calculated reading signals for a various pit sizes for Super-ROM structure, and we found that the simple optical diffraction theory could not explain the reading mechanism of a Super-ROM; more complicated temperature-dependent physics must be involved.

PACS numbers: 42

Keywords: Super-resolution, FDTD, Super-RENS, Super-ROM

∗

E-mail: [email protected]