Особенности взаимодействия СВЧ-излучения с фотонными кристаллами, содержащими в качестве неоднородностей диэлектрические, полупроводниковые и металлические включения

• Автор: Пономарев, Денис Викторович
• Шифр специальности: 05.27.01, 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 139 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ФОТОННЫХ КРИСТАЛЛОВ СВЧДИАПАЗОНА.

1.1 Электродинамические свойства фотонных кристаллов СВ Чдиапазона.

1.2 Измерение параметров материалов с использованием фотонных кристалов СВЧдиапазона
2 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ И РЕЗУЛЬТАТЫ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ СВЧДИАПАЗОНА С ОДНОМЕРНЫМИ ВОЛНОВОДНЫМИ ФОТОННЫМИ КРИСТАЛЛАМИ, СОДЕРЖАЩИМИ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ, ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ И МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ СЛОИ.
2.1 Математическая модель взаимодействия электромагнитного излучения СВЧдиапазона с одномерными волноводными фотонными кристаллами.
2.2 Результаты компьютерного моделирования спектров отражения и прохождения одномерных волноводных фотонных кристааов без нарушения периодичности
2.3 Результаты компьютерного моделирования спектров отражения и прохож дения одномерных волноводных фотонных кристаллов с нарушением периодичности, содержащим полупроводниковые и диэлектрические слои
2.4 Результаты компьютерного моделирования спектров отражения и прохождения одномерных волноводных фотонных кристаллов с нарушением периодичности, содержащих металлические слои
3 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ, ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ И МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СЛОЕВ НА СВЧ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОДНОМЕРНЫХ ВОЛНОВОДНЫХ ФОТОННЫХ КРИСТАЛЛОВ.
3.1 Измерение толщины и электропроводности полупроводникового слоя, играющего роль нарушения периодичности фотонного кристалла, при изменении температуры.
3.2 Измерение толщины и электропроводности полупроводникового слоя, играющего роль нарушения периодичности фотонного кристалла, при смещении полупроводникового слоя внутри нарушенного слоя фотонного кристалла
3.3 Измерение толщины и электропроводности полупроводникового слоя, играющего роль нарушения периодичности фотонного кристалла, при изменении длины
нарушенного слоя фотонного кристалла
3 .4 Измерение диэлектрической проницаемости и электропроводности полупроводникового слоя, играющего роль нарушения периодичности фотонного
кристалла
3.5 Измерение электропроводности тонких нанометровыхметаллических пленок при изменении длины нарушенного слоя фотонного кристалла.
4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ
ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СВЧИЗЛУЧЕНИЯ С ОДНОМЕРНЫМИ
ФОТОННЫМИ КРИСТАЛЛАМИ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ для ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ДИЭЛЕКТРИКОВ, ПОЛУПРОВОДНИКОВ И
МЕТАЛЛОВ
4.1 Экспериментальное измерение толщины и электропроводности полупроводникового слоя, играющего роль нарушения периодичности фотонного кристалла, при изменении длины нарушенного слоя фотонного кристалла
4.2 Экспериментальное измерение диэлектрической проницаемости и электропроводности полупроводникового слоя, играющего роль нарушения периодичности фотонного кристалла
4.3 Экспериментальное измерение электропроводности тонких нанометровых металлических пленок, нанесенных на диэлектрические подложки и расположенных после фотонного кристалла с нарушением щтодичности
4.4 Эксперименпшыюе измерение комплексной диэлектрической проницаемости растворов жидких диэлектриков, играющих роль нарушения в микрополосковом фотонном кристалле.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Изменением параметров периодичности и создаваемых нарушений СВЧфотонных кристаллов возможно осуществлять управление шириной и глубиной фотонной запрещенной зоны, частотным положением ее границ, появлением и частотными положениями окон прозрачности 3. Внешние воздействия, оказываемые на отдельные структурные части фотонного кристалла, также приводят к изменениям параметров и конфигурации фотонной запрещенной зоны . Исследование СВЧ фотонных кристаллов имеет важное практическое значение для разработки современных телекоммуникационных систем, приемопередающих устройств и контрольноизмерительного оборудования
для проведения высокоточных бесконтактных нсразрушшощих измерений электрофизических параметров металлических, диэлектрических и
полупроводниковых материалов и структур, композитов, используемых в микро, нано, и СВЧэлектронике 0. Наряду с уже существующими методами измерения парамезров материалов в СВЧдиапазоне, такими как, например, резонагорные, волноводные и планарные 02, к настоящему времени разработан ряд методов с использованием СВЧфотонпых кристаллов 37. В их основе лежит явление сдвига частотного положения окна прозрачности при изменении параметров нарушения периодичности фотонного кристалла. Данные методы позволяют определять комплексную диэлектрическую проницаемость твердых и жидких диэлектриков, толщину или электропроводность тонких нанометровых металлических пленок. Известно, что многослойные волноводные структуры используются для реализации методов по одновременному определению нескольких параметров металлических и полупроводниковых слоев 80, однако, они или не позволяют определять параметры, оба из которых соответствуют одному и тому же слою, или же разрешающая способность методов недостаточна для измерения манометровых слоев, которые используются как основа для создания современных устройств микро и наноэлектроники. Экспериментальная реализация методов одновременного измерения толщины и электропроводности полупроводниковых структур, комплексной диэлектрической проницаемости диэлектрических и полупроводниковых слоев, выполняющих роль неоднородности в волноводных фотонных кристаллах, и электропроводности тонких нанометровых металлических пленок по спектрам отражения и прохождения взаимодействующего с ними
электромагнитного излучения СВЧдиапазона. Разработано теоретическое обоснование возможности расширения диапазона измеряемых толщин и электропроводностей полупроводниковых пластин и структур с манометровыми слоями в случае, когда они играют роль неоднородности структуры одномерного волноводного фотонного кристалла. Экспериментально реализованы методы одновременного измерения толщины и электропроводности полупроводниковых пластин и структур с нанометровыми слоями, выполняющих роль неоднородности волноводного фотонного кристалла, по спектрам отражения и прохождения взаимодействующего с фотонным кристаллом электромагнитного излучения. Реализован метод компьютерного моделирования спектров отражения и прохождения фотонных кристаллов, реализованных на основе волновода, содержащего периодически чередующиеся диэлектрические слои. Чувствительность коэффициентов отражения и прохождения электромагнитного излучения, взаимодействующего с одномерным волноводным фотонным кристаллом, к изменению толщины и электропроводности полупроводниковой структуры, введнной в
нарушенный слой, зависит от е позиции внутри нарушенного слоя. В случае, когда нарушенным слоем является центральный слой фотонного кристалла, чувствительность достигает максимального значения при расположении полупроводниковой структуры у границ нарушенного слоя. ОмЧг1 до Омм1, при двух фиксированных температурах. Основные результаты диссертационной работы доложены на
Всероссийской молодежной выставкеконкурсе прикладных исследований, изобретений и инноваций. Саратов, Саратовский государственный университет им. II. Г. Чернышевского, октября г. VII Международной российскоказахстанскоянонской научной конференции Перспективные технологии, оборудование и аналитические системы для материаловедения и наноматериалов. Волгоград, 34 июня г. КрыМиКо. Севастополь, Крым. Украина, сентября г. КрыМиКо. Севастополь, Крым, Украина, сентября г. I. , , , . Ii ii , i, 1, .