Особенности взаимодействия электромагнитного излучения СВЧ-диапазона с фотонными структурами, включающими нанометровые металлические, диэлектрические и полупроводниковые слои

• Автор: Мерданов, Мердан Казимагомедович
• Шифр специальности: 05.27.01, 05.12.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 147 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.
1. Анализ современного состояния исследований в области технологий контроля параметров диэлектрических и проводящих материалов на СВЧ.

1.1. Измерение электрофизических параметров материалов волноводными методами.

1.2. Измерение параметров полупроводников мостовыми методами

1.3. Измерение параметров полупроводников резонаторными методами

1.4. Измерение параметров материалов методом волноводнодиэлектрического резонанса

1.5. Измерение параметров материалов и структур автодинными методами

1.6. Измерение параметров материалов с использованием синхронизированных генераторов

1.7. Ближнеполевая СВЧмикроскопия свойств материалов.

1.8. Измерения толщины нанометровых слоев металла и электропроводности полупроводника в структурах металлполупроводник по спектрам отражения и прохождения электромагнитного излучения.
2. Математическая модель и результаты компьютерного моделирования взаимодействия электромагнитного излучения СВЧдиапазона с одномерными волноводными фотонными структурами, включающими нанометровые металлические, диэлектрические и полупроводниковые слои
2.1. Взаимодействие СВЧизлучения с многослойными структурами с плоскостями слоев, перпендикулярных направлению распространения излучения.
2.1.1. Математическая модель.
2.1.2. Результаты компьютерного моделирования спектров отражения волноводных фотонных структур в различных диапазонах частот.
2.1.3. Результаты компьютерного моделирования зависимости спектров отражения волноводных фотонных структур от положения нарушения периодичности в структуре фотонного кристалла.
2.1.4. Результаты компьютерного моделирования зависимости спектров отражения волноводных фотонных структур от параметров нарушения
2.1.5. Результаты компьютерного моделирования спектров отражения волноводных фотонных структур, содержащих проводящие слои.
3. Теоретическое обоснование метода измерения параметров
материалов на СВЧ с использованием одномерных волноводных
фотонных структур
3.1. Измерение диэлектрической проницаемости диэлектрических материалов
3.2. Измерение комплексной диэлектрической проницаемости материалов с потерями.
3.3. Измерение толщин нанометровых металлических пленок на диэлектрических или полупроводниковых подложках.
4. Результаты экспериментального исследования взаимодействия СВЧ
излучения с одномерными волноводными фотонными стру1стурами и
результаты измерения парамеров материалов на СВЧ с использованием волноводных фотонных структур
4.1. Результаты экспериментального исследования спектров отражения и прохождения волноводных фотонных кристаллов
4.2. Использование волноводных фотонных структур для измерения параметров нанометровых металлических слоев на полупроводниковых и диэлектрических подложках.
4.2.1. Экспериментальное исследование частотных зависимостей коэффициента отражения фотонных структур, содержащих нанометровые металлические слои.
4.2.2. Измерение электропроводности металлических пленок, нанесенных на диэлектрические подложки
4.2.3. Измерение толщин металлических пленок, нанесенных на полупроводниковые подложки
4.2.4. Измерения толщины нанометровых слоев металла и электропроводности полупроводника в структурах металлполупроводник.
4.3. Использование волноводных фотонных структур для измерения параметров диэлектрических материалов
4.3.1. Экспериментальное исследование частотных зависимостей коэффициента отражения фотонных структур, содержащих неоднородности в виде диэлектрических слов.
4.3.2. Измерение диэлектрической проницаемости материалов с низкими потерями.
4.3.3. Измерение действительной и мнимой частей комплексной диэлектрической проницаемости материалов с потерями
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


В связи с этим является актуальным проведение исследований особенностей взаимодействия электромагнитного излучения сверхвысокочастного диапазона с одномерными волноводными фотонными кристаллами, установление возможности расширения диапазона и повышения достоверности измерений электрофизических параметров и толщин тонких наномегровых металлических пленок, слоев диэлектрических и полупроводниковых материалов, включенных в состав одномерных волноводных фотонных кристаллов в качестве нарушений периодичности слоистой структуры, по спектрам отражения и прохождения взаимодействующего с ними излучения сверхвысокочастного диапазона длин волн. Экспериментальная реализация методов измерения электропроводности, толщины и диэлектрической проницаемости слоев в многослойных структурах, представляющих собой одномерные волноводные фотонные кристаллы, в широком диапазоне изменения параметров слоев по спектрам отражения и прохождения взаимодействующего с ними электромагнитного излучения. Описано появление в запрещенной зоне волноводного фотонного кристалла донорных или акцепторных окон прозрачности, расположенных вблизи верхней или нижней частотных границ запрещенной зоны, соответственно, при нарушении периодичности в виде изменения толщины или диэлектрической проницаемости одного из слоев одномерного волноводного фотонного кристалла. Показано, что для достижения минимальной величины коэффициента отражения от одномерного волноводного фотонного кристалла на центральной частоте окна прозрачности при фиксированном числе слоев необходимо создание нарушения периодичности в центре волноводного фотонною кристалла. Установлено, что расширение диапазона толщин металлических пленок до нескольких тысяч нанометров, входящих в состав фотонной структуры, в котором коэффициент отражения от фотонной структуры не достигает насыщения, обеспечивается увеличением диэлектрической проницаемости слоев волноводного фотонного кристалла. Экспериментально реализованы методы измерения электропроводности, толщины и диэлектрической проницаемости слоистых структур, входящих в состав одномерных волноводных фотонных кристаллов, по спектрам отражения и прохождения взаимодействующего с ними электромагнитного излучения. Достоверность результатов диссертации обеспечивается качественным и количественным соответствием выводов теории основным результатам, полученным экспериментально, строгостью используемых математических моделей, корректностью упрощающих допущений, сходимостью вычислительных процессов к искомым решениям, выполнимостью предельных переходов к известным решениям. Достоверность экспериментальных результатов обеспечена применением стандартной измерительной аппаратуры, обработкой экспериментальных данных с использованием стандартных методов. Разработаны методы измерения параметров металлических плнок, слоев диэлектрических и полупроводниковых материалов с использованием одномерных волноводных фотонных кристаллов в широком диапазоне изменения параметров исследуемых структур по спектрам отражения и прохождения СВЧизлучеиия, взаимодействующего с системой волноводный фотонный кристалл измеряемая структура патент РФ 1Ш 8 С на изобретение Способ измерения электрофизических параметров структуры манометровая металлическая пленка полупроводниковая или диэлектрическая подложка. Разработана программная и аппаратная реализация методов измерения электропроводности, толщины и диэлектрической проницаемости слоев в структурах металлполупроводник, металлдиэлектрик, диэлектрической проницаемости диэлектрических материалов, входящих в состав одномерных волноводных фотонных кристаллов по спектрам отражения и прохождения, взаимодействующего с ними электромагнитного излучения. Результаты диссертационной работы использованы в МИЭТ ТУ г. Зеленоград, МАИ г. Москва, ОАО ПИИ ФерритДомен г. СанктПетербург, ОАО НПК ТРИСТАН I. Москва при создании компьютерного комплекса для измерения толщины микро и напомстровых пленок. I. Создание в одномерном волноводном фотонном кристалле нарушений периодичности в виде изменения толщины или диэлектрической проницаемости одного из слоев в запрещенной зоне волноводного фотонного кристалла приводит к появлению донорных или акцепторных окон прозрачности, расположенных вблизи верхней или нижней частотных границ запрещенной зоны, соответственно.