Разработка и совершенствование оптических методов измерения комплексной диэлектрической проницаемости и толщины наноразмерных плёнок

• Автор: Левченко, Антон Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Краснодар
• Количество страниц: 139 с. : ил.

1. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ КОМПЛЕКСНОЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ И ТОЛЩИНЫ ТОНКИХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛОСКИХ
• ПЛЁНОК
1.1. Методы определения комплексной диэлектрической проницаемости и толщины наноразмерных проводящих и высокоимпе-дансных плёнок в субмиллиметровом, миллиметровом и сантиметровом (СВЧ) диапазоне длин воли
1.2. Методы определения комплексной диэлектрической проницаемости и толщины наноразмерных проводящих плёнок в видимом диапазоне
Выводы к главе
2. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ КВАЗИОПТИЧЕСКОГО СВЧ МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЯ КОМПЛЕКСНОЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ И ТОЛЩИНЫ НАНОРАЗМЕРНЫХ
ПЛЁНОК [1-3]
2.1. Расчёт коэффициентов отражения и пропускания наноразмерной плёнки по параметрам квазиоптического резонатора частично образованного исследуемой плёнкой
, 2.2. Разработка алгоритмов восстановления параметров комплексной диэлектрической проницаемости и (или) толщины наноразмерных металлических и высокоимпедансных немагнитных плёнок по известным коэффициентам отражения и пропускания
2.3. Оценка диапазона и общей погрешности измерений метода на основе квазиоптического резонатора
Выводы к главе

3. МОДИФИЦИРОВАННАЯ НЕРАЗРУШАЮЩАЯ
МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЯ В ВИДИМОМ ДИАПАЗОНЕ
ДЛИН ВОЛН РАСПРЕДЕЛЕНИЯ КОМПЛЕКСНОЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ И ТОЛЩИНЫ НАНОРАЗМЕРНЫХ ПЛЁНОК ПО ВСЕЙ ПЛОЩАДИ [4]
3.1. Разработка оптической схемы метода измерений комплексной диэлектрической проницаемости и толщины, алгоритм расчёта распределения параметров наноразмерной металлической плёнки на основе возбуждения поверхностных электромагнитных волн (ПЭВ)
3.2. Экспериментальное исследование оптической схемы модифицированной методики измерения на основе возбуждения ПЭВ
Выводы к главе
4. РАЗРАБОТКА, СОЗДАНИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МАКЕТА И ФУНКЦИОНАЛЬНОСТИ ЕГО СХЕМЫ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ КВАЗИОПТИЧЕСКОГО МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЯ НАНОРАЗМЕРНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЁНОК [1]
4.1. Схема системы измерения комплексной диэлектрической проницаемости и толщины наноразмерных плёнок
4.2. Экспериментальные исследования макета измерителя для измерения комплексной диэлектрической проницаемости и (или)
толщины наноразмерных плёнок
Выводы к главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЯ

Актуальность темы. Бурное развитие нано-технологий стимулирует исследование свойств плёнок, толщина которых составляет десятки и даже единицы нанометров. Тонкие плёнки широко используются в микроэлектронике, нанофотонике, вычислительной и криогенной технике, оптике и оптоэлектронике, в космической и атомной промышленности и других технических отраслях [5-7]. Особый интерес при этом уделяется проводящим плёнкам, практическое приложение которых основано на специфике их свойств, существенно отличающихся от характеристик тех же материалов в массивном состоянии [8-10].
Получение сверхтонких плёнок металлов не вызывает затруднений. Качество зависит от выбранного метода, при этом особенности фазовых и структурных состояний вещества в тонких плёнках создают большие технологические и эксплуатационные трудности, связанные с недостаточной их воспроизводимостью (это сильно сказывается в субмиллиметровом, а также в видимом диапазоне) и возможной нестабильностью свойств во времени [11-13].
Таким образом, существует задача радиоволнового, оптического измерения параметров наноразмерных плёнок; причём, если в субмиллиметровом, миллиметровом и сантиметровом диапазонах, в большинстве случаев, достаточно измерять усреднённые значения электрофизических параметров, то в видимом диапазоне (в силу специфики приборов) необходима относительно высокая локальность измерений.
К настоящему времени разработано много способов и методик измерения комплексной диэлектрической проницаемости и толщин металлических слоёв в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах; многие из них недостаточно чувствительны, другие не столь оперативны, а некоторые -являются разрушающими. Таким образом, весьма актуальной является замым и последующим), используя методику изложенную в [106] становится возможным восстановить параметры Л и Т для исследуемых зеркал.
Для случая двух различных зеркал составляющих резонатор
'/ш“= {т^Мж’ (2'21)
5т = 1 - (2 22)
тгх/ТЖТЖ
где Т и 7?1 - параметры одного из зеркал, и Т?2 - параметры второго. Если обозначить через 7? = то формула (2.22) примет вид
7? + 7г^т/Д — 1 = 0, (2.23)
следовательно,
-кбт ± {к5т)2 + 4 /Я = ^ . (2.24)
Так как /72 не может быть отрицательной величиной (в силу выбранной методики), следовательно, в формуле (2.24) остаётся знак «+», а, следовательно, по известным коэффициентам отражения и пропускания одного из зеркал становится возможным вычислить коэффициенты отражения и пропускания другого
Г2 = ^( 1 - л)2
11 . (2.25)
+ Т?2 + Тг
—‘к5т+/('к8т)2 + А
уй=
Зеркало с известными параметрами Л и Т будем называть эталонным.