Ближнеполевая СВЧ - микроскопия и её использование для определения характеристик элементов твердотельной СВЧ электроники

• Автор: Фадеев, Алексей Владимирович
• Шифр специальности: 05.27.01, 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 106 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1. Анализ современного состояния исследований полупроводниковых
СВЧ-приборов с использованием ближнеполевой СВЧ-микроскопии
Глава 2. Ближнеполевая СВЧ-микроскопия анизотропных свойств
диэлектрических материалов
Глава 3. Ближнеполевой сверхвысокочастотный микроскоп на основе низкоразмерного резонатора
3.1. Резонансное устройство для ближнеполевого СВЧ-контроля параметров материалов
3.2. Низкоразмерный резонатор, перестраиваемый магнитным полем
Глава 4. Распределение ближнего поля в резонаторе для ближнеполевого СВЧ-микроскопа типа «металлический штырь с зазором - короткозамыкающий
поршень с выемкой»
Глава 5. Применение ближнеполевого сканирующего СВЧ-микроскопа для исследования распределения концентрации носителей заряда и электрического
поля в арсенид-галлиевом диоде Ганна
Глава 6. Нелинейная динамика формирования пространственно-неоднородной
структуры в р-Гп диоде
Заключение
Список литературы

Введение
Актуальность
Процессы, происходящие в полупроводниковых приборах, в том числе активно использующихся в современной твердотельной СВЧ электронике, считаются известными и хорошо изученными. В то же время следует отметить, что массив экспериментальных данных, собранных в процессе исследования работы различных полупроводниковых приборов, был получен на оборудовании, не всегда соответствующем современному уровню. Характеристики известных, считающихся хорошо изученными, приборов не исследовались с использованием появляющихся новых методов измерений.
Одним из перспективных современных устройств, которое может быть использовано для более точного исследования характеристик приборов при изменении режима питания, уровня воздействующего сигнала, температуры и других факторов, является сканирующий ближнеполевой СВЧ-микроскоп. Основным его достоинством по сравнению с туннельным и атомно-силовым микроскопами является возможность определения параметров материала под поверхностью, достигаемая за счет проникновения СВЧ излучения в толщу измеряемой структуры.
В отличие от оптических микроскопов, ближнеполевые не ограничены дифракционным пределом, их разрешающая способность может на несколько порядков превосходить длину волны использующегося излучения. Данная возможность возникает за счет использования эффектов «ближнего поля», обусловленных образованием квазистационарных полей, быстро затухающих с расстоянием и локализующихся в малой (по сравнению с длиной волны основного типа, распространяющейся в электродинамической системе) окрестности излучающей системы. Располагая исследуемый объект в области существования этого поля, можно исследовать распределение его электрофизических свойств с разрешением, намного меньшим, чем длина волны используемого излучения.
К преимуществам данного типа микроскопа можно отнести отсутствие квантовых эффектов поглощения излучения исследуемой средой, прозрачность в СВЧ-диапазоне многих оптически непрозрачных веществ.
В связи с повышением требований к схемам высокоскоростного переключения, необходимо детальное исследование свойств материалов, функционирующих в диапазоне сверхвысоких частот. Наиболее предпочтителен для такого исследования именно ближнеполевой СВЧ-микроскоп, так как параметры материалов и структур определяются на тех же частотах, на которых они будут использованы.
В настоящее время существует большое число различных конструкций ближнеполевых СВЧ-микроскопов, которые отличаются по исполнению (волноводные, резонаторные) и назначению (для определения параметров материалов, для выявления подкожных новообразований). В зависимости от решаемой задачи используются микроскопы с различной величиной чувствительности и разрешающей способности.
Одним из важнейших элементов ближнеполевого СВЧ-микроскопа является резонатор с подключенным к нему зондом, именно он определяет основные характеристики микроскопа.
При исследовании параметров материалов наиболее подходящими являются резонаторы типа «штырь с зазором - короткозамыкающий поршень» и «индуктивная диафрагма - близко расположенная емкостная диафрагма», названные авторами [1,2] низкоразмерными, поскольку в них длина волны основного типа в 10 и более раз превосходит, по крайней мере, один из размеров системы. Свойства систем близкорасположенный штырь с зазором -короткозамыкающий поршень исследовались в работе [3], при этом было обнаружено, что в таких системах можно осуществлять эффективное управление параметрами резонансов [4].
В [5,6] было показано, что наилучшая локализация поля в резонаторе, а, следовательно, и селективность, возникает при использовании выемки в поршне. Это объясняется тем, что фронт іі-компонентьі поля, возбуждаемого между
Рисунок 1.3. Зависимость напряженности поля от координаты для различных значений напряжения, поданного на диод длиной 2.54 мм, полученная в [60]. Прямая линия возле п-п перехода представляет собой распределение поля
пропорциональное ехр