Um das Problem der niedrigen Energieeffizienz von Silizium-Chips mit kleinen Pixelgrößen und der unzureichenden Genauigkeit der skalaren Beugungstheorie zu lösen, konzentriert sich dieser Artikel auf die präzise Berechnung und Optimierung der Energieeffizienz von Silizium-Chips. Es wurden die skalare Beugungstheorie und die Finite-Differenzen-Zeitbereichsmethode (Finite-Difference Time-Domain, FDTD) verwendet, um die Energieeffizienz von Silizium-Chips zu berechnen, und ein 532-nm-Laser-Testsystem zur experimentellen Validierung aufgebaut. Es wurden TiO₂/SiO₂-Materialien ausgewählt, um eine λ/4-Mehrschicht-Reflexionsbeschichtung zu entwerfen, und durch FDTD-Simulation wurde der Einfluss der Schichtperiodenzahl und der Arbeitswellenlänge auf die Optimierung der Energieeffizienz analysiert. Die Forschungsergebnisse zeigen, dass bei den derzeit gängigen Pixelgrößen (Pixelperiode 2~8 μm) von Silizium-Chips der absolute Fehler zwischen der mit der FDTD-Methode berechneten Energieeffizienz und den experimentellen Ergebnissen weniger als 1 % beträgt; mehrschichtige Beschichtungen können die Energieeffizienz der Chips effektiv verbessern, und wenn die Anzahl der Periodeneinheiten der Reflexionsbeschichtung 5 erreicht, liegt die Energieeffizienz der Chips mit unterschiedlichen Pixelgrößen im Wellenlängenbereich von 450~625 nm jeweils über 95 %.

Silizium-Chip;Beugungseffizienz;Energieeffizienz;Finite-Difference Time-Domain-Methode;Mehrschicht-Reflexionsbeschichtung