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

Левченко, Антон Сергеевич

Разработка и совершенствование оптических методов измерения комплексной диэлектрической проницаемости и толщины наноразмерных плёнок тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

Левченко, Антон Сергеевич АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Краснодар МЕСТО ЗАЩИТЫ

2006 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.05 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Разработка и совершенствование оптических методов измерения комплексной диэлектрической проницаемости и толщины наноразмерных плёнок»

Автореферат диссертации на тему "Разработка и совершенствование оптических методов измерения комплексной диэлектрической проницаемости и толщины наноразмерных плёнок"

На правах рукописи Левченко Антон Сергеевич '

Разработка и совершенствование оптических

методов измерения комплексной диэлектрической проницаемости и толщины наноразмерных плёнок

01.04.05 — оптика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физика-математических наук

Краснодар — 2006

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кубанский государственный университет»

Научный руководитель;

Официальные оппонента!:

доктор технических наук, профессор

Яковенко Николай Андреевич

доктор физико-математических наук, профессор

Фомин Василий Васильевич

кандидат физ.-мат. наук, Кулиш Ольга Александровна

Ведущая организация:

ГОУ ВПО

"Кубанский государственный технологический университет" г. Краснодар

Защита состоится " 22 " декабря 2006 года в 14:00, на заседании диссертационного совета Д 212.101.07 в ГОУ ВПО «Кубанский государственный университет» по адресу: 350040, г. Краснодар, ул. Ставропольская, 149.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Кубанский государственный университет»

Автореферат разослан " ноября 2006 года.

Ученый секретарь диссертационного совет;

Евдокимов А. А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Бурное развитие нано-технологий стимулирует исследование свойств плёнок, толщина которых составляет десятки и даже единицы нанометров. Тонкие плёнки широко используются в микроэлектронике, наиофотонике, вычислительной и криогенной технике, оптике и оптоэлектронике, в космической и атомной промышленности и других технических отраслях* 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.

Получение сверхтонких плёнок металлов не вызывает затруднений. Качество зависит от выбранного метода, при этом особенности фазовых н 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.

Таким образам, 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 слоев в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах; многие из них недостаточно чувствительны, другие не столь оперативны, а некоторые - являются разрушающими. Таким образом, весьма актуальной является задача разработки метода неразрушающего оперативного измерения и контроля усреднённых электрофизических параметров и толщины наноразмерных тонких плёнок в субмиллиметровом, миллиметровом и сантиметровом диапазоне длин волн.

В Вадимом диапазоне, из всех разработанных методов оперативностью и одновременно высокой точностью выделяются методы измерения, основанные на возбуждении поверхностных электромагнитных волн (ПЭВ), и эллипсометрический метод, однако эти методы в настоящее время являются точечными, и требуют относительно большого количества времени для определения неоднородности плёнки вдоль поверхности (более совершенные и высоко прецизионные методы требуют дорогостоящих приборов и так же не отличаются высокой скоростью измерения). Однако в ситуации продиктованной современными требованиями, использование некоторой универсальной сенсорной системы, позволяющей измерять значения комплексной диэлектрической проницаемости и толщины тонких плёнок, а также распределение значений этих параметров по всей площади плёнки, представляется весьма актуальным.

Целью работы является проведение теоретических и экспериментальных исследований, направленных на разработку оптических методов измерения комплексной диэлектрической проницаемости и толщины наноразмерных металлических плёнок в субмиллиметровом, миллиметровом, сантиметровом (СВЧ) и видимом диапазоне длин волн.

Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:

1) Провести анализ существующих методов измерения комплексной диэлектрической проницаемости и толщины наноразмерных металлических плёнок, особенности методов расчета и конструктивного исполнения, проанализировать достоинства и недостатки;

2) Разработать метод измерения комплексной диэлектрической проницаемости и (или) толщины наноразмерных металлических пленок в СВЧ диапазоне длин волн, экспериментально проверить его действенность. Отработать методику измерений и исследовать вопрос о влиянии вторичных и всевозможных «неучтённых»' в первом приближении факторов;

3) Разработать алгоритмы расчёта коэффициентов отражения и пропускания наноразмерных металлических пленок по параметрам квазиоптического резонатора частично образованного исследуемой плёнкой, и численные алгоритмы восстановления удельной проводимости и толщины этих плёнок по известным коэффициентам отражения и пропускания;

4) Модифицировать методику измерения комплексной диэлектрической проницаемости и толщины наноразмерных металлических плёнок в видимом диапазоне длин волн основанную на эффекте возбуждения поверхностных электромагнитных волн (ПЭВ), с целью измерения неравномерность распределения выше указанных параметров по всей площади плёнки; а так же разработать соответствующую оптическую схему и экспериментально проверить её.

Методы исследования базируются на основополагающих законах электродинамики, вычислительной математики и на использовании современных информационных технологий. Для реализации численных расчётов и моделирования использовались пакеты программ МаШсаЛ и Денвер 2.

Научная и практическая значимость:

Найдены соотношения между параметрами (комплексной диэлектрической проницаемости и толщины) наноразмерной немагнитной металлической плёнки частично образующей квазиоптический резонатор и зависимостью коэффициента передачи сигнала от частоты при известных геометрических размерах квазиоптического резонатора, с учётом радиационного затухания кваэи-оцтического резонатора.

На основе построенной математической модели взаимодействия СВЧ электромагнитной волны с объектом контроля и выведенных соотношений предложен новый метод нераарушающего измерения (и контроля) комплексной диэлектрической проницаемости и толщины наноразмерных плёнок из немагнитного диэлектрического высокоимпедансного или проводящего материала на базе открытого квазиоптического резонатора, частично образованного измеряемым объектом.

Разработана функциональная схема на базе квазиоптического открытого резонатора измерения комплексной диэлектрической проницаемости и (или) толщины наноразмерных плёнок различных металлов согласно предложенного метода.

Впервые рассмотрена возможность использования в оптическом диапазоне эффекта возбуждения поверхностного плазменного резонанса для измерения неравномерности распределения вдоль поверхности значений комплексной диэлектрической проницаемости (показателя преломления) и толщины наноразмер-ных металлических пленок . Разработана функциональная схема метода измерений распределения комплексной диэлектрической проницаемости и толщины наноразмерных металлических плёнок различных металлов и толщины в видимом диапазоне длин волн. Одной из особенностей разработки является то, что р-поляриэованное излучение лазера фокусируется в широкую прямую вблизи поверхности исследуемого объекта, таким образом, что отраженный сигнал несёт в себе информацию об эффективности возбуждения, в зависимости от угла падения излучения, поверхностной электромагнитной для каждой точки прямой (информацию о всей поверхности дает продольное сканирование) . Другая особенность заключается в выборе вкалестве опорного сигнала ^-поляризованное излучение прошедшее через туже оптическую схему и сравниваемое с информационным (отраженным) В результате этого усовершенствования стало возможным создание компактной оперативной сенсорной системы, позволяющей измерять распределение комплексной диэлектрической проницаемости и толщины наноразмерных плёнок по всей площади плёнки.

Отдельные положения диссертационной работы расширяют возможности диагностики наноразмерных плёнок различных металлов и открывают дополнительные перспективы в создании новых устройств на основе тонкоплёночных технологий.

Приведенные в диссертации исследования применены на практике для измерения комплексной диэлектрической проницаемости И ТОЛЩИНЫ, а так. же отражательных параметров наноразмерных

немагнитных плёнок, в том числе для измерения характеристик старения металлических плёнок (для определения скорости образования оксидных плёнок на поверхности металлов и их параметров: комплексной диэлектрической проницаемости и толщины). Работа выполнялась в рамках научно исследовательских работ Кубанского госуниверситета на кафедре оптоэлектроники в период с 2002 по 2006 гг. по теме 4Исследование и разработка новых физико технологических принципов построения, микро нанооп-тических устройств сбора, обработки и передачи информации и перспективных сред для микролазеров», а также согласно гранту 2004 г. Федерального агентства по образованию по теме «Разработка методики измерения удельной проводимости тонких плёнок в сантиметровом и миллиметровом диапазоне» рег.№А04^3.20-203.

Защищаемые положения. В результате проведенной работы на защиту выносятся следующие положения:

1. Новый квазиоптический метод измерения комплексной диэлектрической проницаемости и (или) толщины в сверхвысокочастотном диапазоне длин волн тонких наноразмерных плоских плёнок из немагнитного проводящего материала или из немагнитного высокоимпедансного материала, основанный на спектральной закономерности коэффициента прохождения электромагнитной волны через квазиоптический резонатор одно из зеркал которого образовано исследуемой плёнкой; его математическое обоснование и определение границ применимости путём численного моделирования.

2, Методика измерения и алгоритм вычисления в видимом диапазоне длин волн неоднородности распределения (по поверхности) комплексной диэлектрической проницаемости и толщины наноразмерных металлических пленок; результаты численного исследования их применимости и эффективности по рассматриваемой физико-математической модели, основанной на угловой зависимости эффективности возбуждения ПЭВ (в геометрии Кречма-на) выше указанных параметров наноразмерных металлических плёнок.

3. Математические соотношения между величинами комплексной диэлектрической проницаемости, толщины и оптическими параметрами, характеризующими тонкую нанораэмерную плёнку и параметрами квазиоптической резонансной системы их измерения.

• 4. Алгоритмы численного решения задачи определения удельной проводимости и толщины ваноразмерных плёнок на основе соотношений между величинами комплексной диэлектрической проницаемости, толщины н параметрами квазиоптнческой резонансной системы.

5. Схемы и устройства для осуществления разработанных оптических методов измерения комплексной диэлектрической проницаемости и толщины наноразмерных металлических плёнок в СВЧ диапазоне длин волн и неоднородности распределения этих параметров по поверхности в видимом диапазоне длин волн.

Достоверность и обоснованность результатов. Предлагаемые в диссертации вычислительные методы, основанные на теории матриц передачи и уравнениях Максвелла, математически строго обосновываются. При практической реализации этих методов точность вычислений контролировалась. Некоторые из полученных результатов сравнивались с экспериментальными и численными данными, полученными другими авторами.

Личный вклад автора Заключается в поиске способов решения поставленных перед диссертантом задач, разработке физико - математических моделей, алгоритмов; проведении расчетов и экспериментальных исследований.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на научных семинарах физико-технического факультета и кафедры оптоэл ектроники КубГУ, на девятой Международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы твёрдотельной электроники и микроэлектроники" (Таганрог, 2004).. Основной материал диссертации опубликован в б работах в виде научных статей, тезисов докладов и отчётов, перечисленных в конце автореферата, часть основных положений защищено патентом РФ №2284533.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из 4-х глав, введения, заключения, списка использованных источников и приложений. Работа содержит 120 печатных страниц, 32 рисунка, список литературы, включающий 137 наименований и 6 приложений, содержащих таблицы экспериментальных и расчетных данных и распечатки отдельных программ численного расчета.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновала актуальность темы исследований, сформулированы цель и задачи работы, приведены положения, выносимые на защиту.

В первой главе диссертационной работы проведён обзор научной литературы посвященной методам измерения комплексной диэлектрической проницаемости и толщины наноразмерных металлических плёнок в СВЧ и ввдимом диапазоне'длин волн. Выполнен анализ физико-математических моделей и технических решений применяемых в этих методах.

Из проведённого анализа литературы сделаны следующие выводы, на основании которых поставлены цели и задачи диссертационной работы: '

1. Существующие разнообразные методы измерения диэлектрической проницаемости и толщины наноразмерных пленок в СВЧ диапазоне имеют неудобства связанные с множеством механических операций в процессе измерения, неоднозначностью полученных данных в результате измерений, или в очень продолжительном (по скорости) процессе измерения.

2. Необходим метод измерения в СВЧ диапазоне усредненных значений диэлетрической проницаемости и толщины параметров наноразмерных проводящих пленок простой в математическом описании, подобно «квазиоптическим» методам, при этом не нуждаться в последовательных трудно реализуемых измерениях (что присуще СВЧ эллипсометрии), быть чувствительным, что возможно достичь с помощью многократного взаимодействия волны с исследуемой пленкой, подобно измерениям в реэонато-

ре, должен легко реализовываться практически, с возможностью Применения его на Производстве в режиме контроля конвейерного типа.

3. В ситуации, продиктованной практическими нуждами времени, представляется весьма актуальным использование некоторой универсальной сенсорной системы (предварительного контроля), позволяющей измерять кроме толщины наноразмерных плёнок и значения диэлектрической проницаемости, так же и распределение этих параметров по всей площади плёнки в оптическом диапазоне длин волн.

4. Из огромного разнообразия методов измерения параметров наноразмерных пленок в видимом диапазоне длин волн, в качестве перспективного метода для контроля (и измерения) электрофизических параметров наноразмерных пленок выбран метод измерения на основе возбуждения ПЭВ с помощью НПВО в геометрии Кречмаяа. Исходя из анализа его достоинств, заключающихся в высокой мобильности и Простоте использования, а так же недостатков сводящих на нет эту мобильность и простоту при попытке измерить неравномерность распределения выше указанных параметров наноразмерных металлических плёнок по поверхности, сделан вывод о необходимости модифицирования методики измерения и методики расчёта выше описанного метода для возможности измерения распределения толщины к значений диэлектрической проницаемости вдоль поверхности наноразмерных металлических плёнок в видимом диапазоне длин волн .

Во второй главе описывается разработанный неразрушаю-щий метод измерения (контроля) (1-3] в СВЧ диапазоне длин волн усреднённых значений удельной проводимости и комплексной диэлектрической проницаемости и (или) толщины тонких плёнок из немагнитного проводящего материала, и немагнитного импеданс-ного материала, толщина которых меньше, либо сравнима с глубиной проникновения волны в материал из которого выполнена исследуемая плёнка (то есть ДЛЯ наноразмерных пленок)!

Метод включает в себя размещение исследуемой плёнки в качестве одного из зеркал открытого квазиоптического резонатора

с плоскопараллельными зеркалами, подачу плоской электромагнитной волны на одно из зеркал, измерение коэффициента передачи сигнала через резонатор в зависимости от частоты, вычисление параметров плёнки по измеренной зависимости коэффициента передачи.

Вычисление искомых параметров наноразмерной плёнки происходит в два этапа. Сначала по экспериментальным данным рассчитываются значения коэффициентов отражения Я и пропускания Т исследуемой пленки, а затем по этим значениям восстанавливаются искомые параметры.

В разделе 2.1 представлены новые соотношения и алгоритм расчёта комплексных коэффициентов отражения и пропускания наноразмерной плёнки по параметрам квазиоптического резонатора частично образованного исследуемой плёнкой, а так же подробно описан разработанный метод измерения выше указанных параметров.

В разработанном методе тонкая плоская плёнка образует одно из двух зеркал квазиоптического открытого резонатора проходного типа» Для нахождения параметров тонкой плёнки необходимо было решить задачу о прохождении плоской волны через квазиоптический резонатор. Измеряемыми параметрами При этом, является зависимость от частоты коэффициента пропускания или отражения такой системы в близи резонансной частоты.

В качестве начальной математической модели расчёта описываемой резонансной электродинамической системы была выбрана модель эквивалентных схем с сосредоточенными элементами. Согласно этой модели коэффициент передачи резонатора проходного типа в общем случае описывается Лоренцовым профилем. .

Очевидно, что рассматриваемый квазиоптический резонатор, так как является ограниченным в плане протяженности зеркал, обладает довольно трудным математическим описанием. Дело в том, что наиболее распространёнными и хорошо описанными с математической точки зрения моделями являются идеальные модели, такие как модель двух бесконечных плоскопараллельных зеркал, находящихся на определённом расстоянии друг от друга.

Поэтому модель рассматриваемого квазиоптического резонатора сводится к идеальной. Для этого учитываются дополнительные потери Р, присутствующие в резонаторе за счёт неидеальности системы.

Параметр радиационного затухания /3 открытых резонаторов определяется: перекосом зеркал (определяемый параметром /Зпер), их параллельным сдвигом (параметр прогибом зеркал (параметр /Здрог), а так же дифракционными потерями (параметр уЗдиф)

0. ~ Д.ер + Аа + /Здиф + Ацгаг-

Учитывая радиационные потери, зависимость коэффициента передачи 3 от частоты для случая, если бы исследуемый резонатор рассматривался как "идеальный" (то есть, как резонатор, состоящий из плоскопараллельных бесконечно протяженных зеркал, возбуждение которого вдоль всей плоскости зеркала осуществляется волной с плоским фронтом) имеет вид

3 -

ЙМ) 1+4

-2

где Ко — экспериментально измеряемый коэффициент передачи резонатора на резонансной частоте, Д/ — экспериментально измеряемая полоса пропускания.

По восстановленной зависимости коэффициента передачи вычисляются параметры зеркала, образованного исследуемой плёнкой Да (коэффициент отражения) и Та (коэффициент пропускания) через известные параметры Яг (коэффициент отражения) И Т\ (коэффициент пропускания) эталонного входного зеркала

+ (тг&п)2 + 4

Т2 =

/ I — 1гЛт * I (± А 1

Т1

где - величина максимальной интенсивности пика и 5т - относительная расстройка между отсчётами на уровне ^цш (расстояние между двумя соседними пиками, измеряемым и последующим, равно т = 1), ш - натуральное число.

В разделе 2.2 Описав алгоритм восстановления комплексной диэлектрической проницаемости е и (или) толщины <1 наяораз-мерных металлических и высокоимпедансных немагнитных плёнок по известным коэффициентам отражения И и пропускания Т, базирующийся на описании физики процесса прохождения плоской электромагнитной волны сквозь плоско слоистую среду через' матрицы передачи. Например, для двухслойной среды (рис. 1), с металлической плёнкой на диэлектрической подложке, необходимо решить следующую систему уравнений

/^пад\ = / счмо ~ • ¿м^Л х

{Ипч) (^-^(МО съ^) )х

'х(<*-1(М2) — -^(МгЛ /Л

* Л1/,

р ~ ~ ^ПОД

Екал -^пад

_ 2 . . .... • ■ •£*пад "Ь ^пад

1я = И2, т = |т|2 .

где £>пад и /Гдад - соотв етствующие_ компоненты поля со стороны падения электромагнитной волны, Ах - коэффициент распространения волны в металлической плёнке, ¿1 - коэффициент распространения волны в диэлектрической подложке, ¿1 и ¿2 - толщины

р.

'А е.

Цт=Ш=1

Рис. 1. Нормальное падение плоской волны на плоскослоистую структуру тонкая плёнка {I) на диэлектрической подложке (2)

металлической плёнки и подложки соответственно, £1 и е^ - комплексные диэлектрические проницаемости металлической плёнки и подложки соответственно, р — комплексный коэффициент отражения и т — комплексный коэффициент пропускания плоско слоистой структуры (рис. 1), Л и Т - коэффициенты отражения и пропускания плоско слоистой структуры (рис. 1) измеряемые экспериментально.

В разделе 2.3 описан алгоритм расчёта общей погрешности измерений комплексной диэлектрической проницаемости и толщины тонких плёнок разработанным методом. Сделан вывод о том, что погрешность в значительной степени обуславливается точностью определения радиационных потерь квазиоптического резонатора, коэффициента передачи и параметров эталонного зеркала, относительно которого проводятся измерения.

В третьей главе приводятся результаты измерения профиля распределения толщины и комплексной диэлектрической проницаемости металлических наноразмерных плёнок [4] в видимом диапазоне Длин волн.

В разделе 3.1 описана разработанная методика измерения в видимом диапазоне длин воли распределения величины комплексной диэлектрической проницаемости и толщины наноразмерных плёнок по всей площади плёнки. Эта методика базируется на основе метода возбуждения поверхностного плазмонного резонанса (ГГЭВ) в геометрии Кречмана. Экспериментальной основой в

Рис. 2. Типичная угловая зависимость коэффициента отражения света от границы

Рис, 3. Схема конструкция основной части сенсорной системы

раздела призма-металл

этом случае, является зависимость (рис. 2) коэффициента отражения р~п оляризованного пучка света, падающего через призму на металлическую плёнку от угла падения (эффект нарушенного полного внутреннего отражения). При этом форма резонансного пика зависит как от значения диэлектрических проницаемо-стей призмы и наноразмерной плёрки, так и от толщины самой металлической пленки. Угловая зависимость коэффициента возбуждения ПЭВ (в геометрии Кречмана) для плоской р - поляризованной волны (ТМ), падающей на оптически гладкую металлическую поверхность имеет для метода три важных параметра: положение минимума кр (кр - параллельная составляющая к поверхности волнового вектора, соответствующего резонансному углу вр), величину минимума (минимальный коэффициент отражения и ширину кривой на уровне полуминимума Дк. Для известных параметров плоскослоистой среды (толщины и диэлектрической проницаемости каждого слоя) эта угловая зависимость может быть вычислена через формулы Френеля. Обратная задача имеет более сложное решение, так как: аналитических соотношений между Ктт» ^тии Д* и параметрами металлической плёнки ет) ¿, на которой и возбуждаются ПЭВ не существует.

Рис. 4. Совокупность значений элементов трёхмерной матрицы, математическая обработка которой даёт распределение величин = £у, £ах„ = Езху ~ й в плёнке

, В разработанной методике (рис. 3) монохроматическое, когерентное, р-поляризованное (ТМ) излучение с помощью системы линз фокусируется в прямую на поверхности тонкой металлической плёнки (параметры которой измеряются) таким образом, что на каждую точку этой прямой падает набор лучей с различными углами падения в интервале от Ащах До Интенсивность света, падающего вблизи резонансного угла (9р £ ($тах> после отражения уменьшится за счёт перекачки энергии В поверхностную волну. Элементы матрицы фотоприёмников, соответствующие этим лучам, зафиксируют их ослабление, В результате, для каждой точки прямой на поверхности металлической плёнки получается угловая зависимость коэффициента отражения Я (0) вблизи резонансного угла 8р. Информация о прямой записывается в виде двумерной матрицы значений коэффициента отражения. Продольное сканирование осуществляется «скольжением» подложки с металлической плёнкой по поверхности призмы с ша^ гом Ду. В результате имеется информация о множестве прямых на поверхности плёнки, которая образует совокупность значений элементов трёхмерной матрицы (рис. 4).

Тал как возбуждение ПЭВ происходит только в том случае, если лазерное излучение имеет поляризованный компонент, колебания которого происходят в плоскости, расположенной под углом к поверхности отражения (р—поляризованный компонент), то в случае з-поляризованной волны возбуждение ПЭВ не происходит. Этот факт позволил в качестве опорного сигнала, косвенно, . выбрать отражённый от исследуемой пленки сигнал при падении »-поляризованного излучения. Сам опорный сигнал А можно залисати в зависимости от Л^вм через формулы Френеля

А (в - «Л -

А{в,яг,у) _ ———¡у—, I 12„пг

где г{2 п — Френелевский коэффициент отражения а- поляризованной волны от многослойной системы

Для решения «обратной» задачи (восстановления параметров металлической плёнки по угловой зависимости коэффициента отражения вблизи угла возбуждения ПЭВ, используя выбранный опорный сигнал) был разработан специальный алгоритм представленный на рис. 5.

ТЬхим образом, математическая обработка всей матрицы снятых экспериментально значений (рис. 4) выше описанным алгоритмом приводит к получению трёх матриц значений где 3 = 1,2,3 соответствует покоординатному распределению величин Л, еГ) исследуемой плёнки.

В разделе 3.2 приводятся результаты экспериментального исследования оптической схемы модифицированной методики. В результате испытаний, в частности при измерении параметров й, £> и наноразмерных плёнок серебра, установлены следующие технические характеристики: диапазон измерений толщины наноразмерных пленок серебра до — 100 нм; погрешность определения: толщины менее .3%, действительной части диэлектрической проницаемости менее 2%, мнимой частя диэлектрической проницаемости менее 8%; разрешающая способность определения неравномерности распределения измеряемых параметров не хуже 80 мкм.

ф Вхолныс лани мс:

результаты измерений АР(9) т А'^Фал« мекснпрного учалка [ЛхЛу] (с погрешностями вносимой приборами]

Предеартельное ©

череатпкретиде значения А*(9) с окорит сигналом Л^СО)

Вмчмслетге опорного см гмала Л* черта предвярителмю вычисленные «начтня (1

| на «ычмсл«нкое I энмеине А*

Сравнение значений опорны* снгкамж наначального для блока 2 с »мысленным» блоке 3

ыямтепи* л нргЗлляя

существами ое

" а ¿1

1 5

^^ вычисление «а «,, 4 методом лмсалышго переборл 1

о6а*сти еоаможник решенм* (полученных ь блоке 2) и кычисдекие общей ютрешгост их намерение

получен отлет

(?) Вычмслснмг пиарного сигнала А* *ер*аьич*£л*т«мел^аЧ£Кия е„ (1 с учвгом полученной погрешности

I "

^^ Сравнение аначекий опорных СМгМалок юиачального дал блока 6 с »ычнелдаиыы ц блото 7

иэмт&ме * нреЭфллх СущестлюНМ \ точности илмерекая

«пюпки

^ Проверка- бнлолн получено шеи»

А*

/<31 Кмнный риултт ^ у Д с общей погрешностью У

Рис. Алгоритм решения обратной* задачи дня нахождения параметров ег и £ч) элементарного участка исследуемой налоразмерной плёнки по измеренным амплитудам ЛД^ и Ар(в) с фотоприёмной матрицы

Таким образом, модифицированный метод показал результаты измерения комплексной диэлектрической проницаемости с погрешностью почти вдвое меньшей по сравнению с возможностями своего прототипа; а также имеет погрешность определения толщины наноразмерных плёнок не хуже аналогичных опытов, позволяя при этом определять неравномерность распределения этих величин с разрешающей способностью не хуже 30 мкм. Всё это обусловлено как выбором опорного канала, так и усовершенствованным алгоритмом определения искомых величин.

Сделан вывод о том, что потенциально, модифицированная методика может обеспечить измерение неравномерности распределения параметров с£, и е; с разрешением лучшим на порядок.

В четвёртой главе описаны результаты разработки, экспериментальных исследований макета и функциональности его схемы для реализации квазиоптического метода измерения электрофизических параметров и толщины наноразмерных металлических плёнок, изложенного во второй главе.

В разделе 4.1 описана электрическая структурная в блок схема разработанного измерительного стенда, основой которой является квазиоптический резонатор проходного типа с плоскопараллельными зеркалами; В качестве выходного зеркала устанавливается исследуемая ваноразмерная плёнка (возможно на подложке). Для возбуждения поля внутри резонатора используется распределённый метод возбуждения (для него характерны малые потери при трансформации). Входное зеркало (малой прозрачности) облучалось волной, которая по своей структуре близка к плоской волне (однородная волна с одинаковой амплитудой по всей поверхности зеркала) и тем самым к волне, соответствующей собственному типу колебаний в резонаторе. Таким образом, резонатор располагается между приёмной и излучающей рупорными антеннами. Излучающая антенна содержит диэлектрическую линзу для корректировки фронта падающей волны. Рупорные антенны являются узкодиапазонными. Это позволяет обеспечить работу резонатора с наименьшим индексом, что предотвращает перекалку мощности в соседние колебания. Излучающая антенна

связана с генератором. Приёмная антенна связана с анализатором спектра. Генератор и анализатор спектра связаны с измерительно-вычислительным устройством. В измерительно — вычислительном устройстве сравнивается падающий и прошедший сигналы.

В разделе 4.2 описаны экспериментальные исследования макета измерителя для измерения комплексной диэлектрической проницаемости и (или) толщины наноразмерных плёнок.

В качестве исследуемых образцов выступали плёнки Ag (толщинами 20, 30, 50, 60 нм), Си.(35, 50, 90 нм), AI (30, 50, 130 нм), нанесённые методом термического испарения в высоком вакууме на промышленные слекла фотопластин толщиной D — 0,0009 м, площадью 0,01 м2. Электрофизические параметры фотопластин вблизи частоты 10 ГГц: е' = 4,2 и tgS » 0,008. Равномерное распределение плёнки по толщине на поверхности стекла достигалась путём использования точечного испарителя, расположенного на большом расстоянии от подложки (0,2 м). Это позволило получить плёнки с разбросам по толщине не более 5%. Толщина напыляемых плёнок контролировалась в процессе напыления по частоте кварцевого резонатора, зависимость которой от толщины плёнки имеет линейных характер и строилась эта зависимость по контрольным образцам, толщины которых измерялись на интерферометре Линника.

Измерены значения удельной проводимости изготовленных образцов, и проведено сопоставление с теоретически рассчитанными значениями. В результате проведённого анализа установлено, что разработанный метод в сантиметровом диапазоне длин волн позволяет измерять удельную проводимость металлических наноразмерных немагнитных плёнок толщинами, менее 150 нм; с погрешностью: дня плёнок толщинами от 70 нм до 150 нм менее 17%, для плёнок толщинами от 30 нм до 70 нм менее 12%, а для плёнок толщинами меньше 30 нм менее 7%.

'■■■'■■'Для плёнок из серебра измерен прирост толщины коррозийной плёнки за две недели. Полученное значение прироста 4 ± 1 нм совпадает с результатами приведёнными в научной литературе другими авторами.

В заключении сформулированы основные научные результаты диссертации ■ .

1. Найдены соотношения между параметрами квазиоптического резонатора частично образованного наноразмерной немагнитной металлической плёнкой и величиной комплексной диэлектрической проницаемости, толщиной, оптическими параметрами этой плёнки. Разработаны алгоритмы численного решения задачи определения удельной проводимости и толщины наноразмерных пленок на основе вышеуказанных соотношений.

2. Разработан квазиоптический метод неразрушающего измерения комплексной диэлектрической проницаемости и (или) толщины тонких плоских пленок из немагнитного диэлектрического высоко импедансного или проводящего материала, основанный на прохождении электромагнитной волны через квазйоптический резонатор одно из зеркал которого образовано исследуемой плёнкой, пригодный для использования в СВЧ диапазоне длин волн.

3. Разработана функциональная схема и устройство измерения комплексной диэлектрической проницаемости и (или) толщины наноразмерных плёнок на базе предложенного способа. Экспериментально реализован метод квазиоптического неразрушающе-го измерения и контроля диэлектрической проницаемости и (или) толщины налометровых металлических плёнок в сантиметровом диапазоне длин волн. Измерены значения удельной проводимости изготовленных эталонных образцов плёнок (толщинами 20,30, 50,60 нм), Си (35, 50, 90 нм), А1 (30,50,130 нм), нанесённых методом термического испарения в высоком вакууме на промышленные стёкла для фотопласгин (выступающих в роли подложек), и проведено сопоставление с теоретически рассчитанными значениями. Разработанный метод в сантиметровом диапазоне длин волн позволяет измерять удельную проводимость металлических наноразмерных немагнитных плёнок толщинами менее 150 нм с погрешностью: для плёнок толщинами от 70 нм до 150 нм менее 17%, для плёнок толщинами от 30 нм до 70 нм менее 12%, а для плёнок толщинами меньше 30 нм менее 7%.

4. Разработана, методика, позволяющая измерять профиль распределения комплексной диэлектрической проницаемости и толщины вдоль всей площади наноразмерной металлической плёнки, основанная на определении величины выше указанных параметров наноразмерных металлических плёнок по эффективности возбуждения ПЭВ(в геометрии Кречмана), пригодная для использования в видимом диапазоне длин волн.

5. Разработан алгоритм вычисления комплексной диэлектрической проницаемости и толщины наноразмерной металлической плёнки по эффективности возбуждения ПЭВ, который автоматически проверяет корректность полученных результатов исходя из предварительно заложенных в него параметров используемого измерительного оборудования.

6. Разработана оптическая схема и собран экспериментальный макет устройства для измерения профиля распределения комплексной диэлектрической проницаемости и толщины вдоль всей площади наноразмерной металлической плёнки, применимые в видимом диапазоне длин волн. В результате испытаний устройства, в частности при измерении параметров й, ег и е» наноразмерных плёнок серебра, установлены следующие технические характеристики: диапазон измерений толщины наноразмерных плёнок серебра до — 100 нм; погрешность определения: толщины менее 3%, действительной части диэлектрической проницаемости менее 2%, мнимой части диэлектрической проницаемости менее 8%; разрешающая способность определения неравномерности распределения измеряемых параметров вдоль поверхности плёнки не хуже 80 мкм.

Основные результаты диссертации изложены в следующих работах:

1. Пат. SS845SS Россия, МПК7 G Ol R 27/26. Способ неразруша-ющего контроля электрофизических параметров тонких плоских плёнок из немагнитного импедансного или проводящего материала и устройство для его осуществления/А. С. Левченко, H.A. Яковенко (Россия). Кубанский государственный университет (Россия). №2005113484/28(015514) Заявл. 03.05.2005, Опубл. 27.09.2006.

2. Разработка методики измерения удельной проводимости тонких плёнок в сантиметровом и миллиметровом диапазоне: рекламно-техническое описание НИР / КубГУ Руководитель Н. А. Яковенко, исполнитель А. С. Левченко. №ГН 01200501127; Инв №02200500993 — Краснодар 2004. 5 с.

3. Методика измерения удельной проводимости тонких плёнок в сантиметровом и миллиметровом диапазоне /А. С. Левченко, H.A. Яковенко, В. В. Запорожец.//Труды девятой международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы твёрдотельной электроники и микроэлектроники". Таганрог 2004. 4.1. С. 184-186.

4. Сенсорная система для сканирования параметров тонких металлических плёнок /А. С. Левченко, Н. Н. Серёгина //Экологический вестник научных центров Черноморского экономического сотрудничества. №1. 2006. С. 92-95.

5. Амплитудою частотная характеристика резонансных диафрагм в окрестности частот отсечки /В. В. Запорожец, A.C. Левченко, A.A. Чудина, H.A. Яковенко //Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. Спец. выпуск. Математическое моделирование и компьютерные технологии. 2006. С. 25-27.

6. Измерение параметров радиопоглощающих плёночных материалов в сантиметровом диапазоне сверхвысоких частот (В. В. Запорожец, А. С. Левченко, Н. А. Яковенко.;Кубан. ун-т - Краснодар, 2002. 13 с. Рус. Деп. В ИНИОН РАН 09.01.2003, №68-В2003

Подписано в печать 10.11.06. Формат 60x84 1/16. Печать трафаретная. Усл.печ.л.1,3. Уч.-изд.л.1 Тираж 100 экз. Заказ № 85 .

Тираж изготовлен в типографии Кубанского государственного университета. 350063 г. Краснодар, ул. Октябрьская, 25. с оригинал-макета заказчика

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Левченко, Антон Сергеевич

ВВЕДЕНИЕ.

1. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ КОМПЛЕКСНОЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ И ТОЛЩИНЫ ТОНКИХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛОСКИХ

ПЛЁНОК.

1.1. Методы определения комплексной диэлектрической проницаемости и толщины папоразмерных проводящих и высокоимпе-дапспых плёнок в субмиллиметровом, миллиметровом и сантиметровом (СВЧ) диапазоне длин волн.

1.2. Методы определения комплексной диэлектрической проницаемости и толщины наноразмерпых проводящих плёнок в видимом диапазоне.

Выводы к главе 1.

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. щ 2.2. Разработка алгоритмов восстановления параметров комплексной диэлектрической проницаемости и (или) толщины наноразмерпых 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 2.

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 3.

4. РАЗРАБОТКА, СОЗДАНИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МАКЕТА И ФУНКЦИОНАЛЬНОСТИ ЕГО СХЕМЫ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ КВАЗИОПТИЧЕСКОГО МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЯ НАНОРАЗМЕРНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЁНОК [1] . 91 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 4.

Введение диссертация по физике, на тему "Разработка и совершенствование оптических методов измерения комплексной диэлектрической проницаемости и толщины наноразмерных плёнок"

Актуальность темы. Бурное развитие нано-технологий стимулирует исследование свойств плёнок, толщина которых составляет десятки и даже единицы нанометров. Тонкие плёнки широко используются в микроэлектронике, напофотонике, вычислительной и криогенной технике, оптике и опто-электронике, 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 задача разработки метода неразрушающего оперативного измерения и контроля усреднённых электрофизических параметров и толщины напоразмерных тонких плёнок в субмиллиметровом, миллиметровом и сантиметровом диапазоне длин волн.

В видимом диапазоне, из всех разработанных методов оперативностью и одновременно высокой точностью выделяются методы измерения, основанные на возбуждении поверхностных электромагнитных волн (ПЭВ), и эллипсометрический метод, однако эти методы в настоящее время являются точечными, и требуют относительно большого количества времени для определения неоднородности плёнки вдоль поверхности (более совершенные и высоко прецизионные методы требуют дорогостоящих приборов и так же не отличаются высокой скоростью измерения). Однако в ситуации продиктованной современными требованиями, использование некоторой универсальной сенсорной системы, позволяющей измерять значения комплексной диэлектрической проницаемости и толщины тонких плёнок, а также распределение значений этих параметров по всей площади плёнки, представляется весьма актуальным.

Целью работы является проведение теоретических и экспериментальных исследований, направленных на разработку оптических методов измерения комплексной диэлектрической проницаемости и толщины наноразмер-ных металлических плёнок в субмиллиметровом, миллиметровом, сантиметровом (СВЧ) и видимом диапазоне длин волн.

Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:

1) Провести анализ существующих методов измерения комплексной диэлектрической проницаемости и толщины напоразмерных металлических плёнок, особенности методов расчёта и конструктивного исполнения, проанализировать достоинства и недостатки;

2) Разработать метод измерения комплексной диэлектрической проницаемости и (или) толщины напоразмерных металлических плёнок в СВЧ диапазоне длин волн, экспериментально проверить его действенность. Отработать методику измерений и исследовать вопрос о влиянии вторичных и всевозможных «неучтённых» в первом приближении факторов;

3) Разработать алгоритмы расчёта коэффициентов отражения и пропускания наноразмерных металлических плёнок по параметрам квазиоптического резонатора частично образованного исследуемой плёнкой, и численные алгоритмы восстановления удельной проводимости и толщины этих плёнок по известным коэффициентам отражения и пропускания;

Научная и практическая значимость. Найдены соотношения между параметрами (комплексной диэлектрической проницаемости и толщины) наноразмерной немагнитной металлической плёнки частично образующей квазиоптический резонатор и зависимостью коэффициента передачи сигнала от частоты при известных геометрических размерах квазиоптического резонатора, с учётом радиационного затухания квазиоптического резонатора.

На основе построенной математической модели взаимодействия СВЧ электромагнитной волны с объектом контроля и выведенных соотношений предложен новый метод неразрушающего измерения (и контроля) комплексной диэлектрической проницаемости и толщины наноразмерных плёнок из немагнитного диэлектрического высокоимпедансного или проводящего материала на базе открытого квазиоптического резонатора, частично образованного измеряемым объектом.

Впервые рассмотрена возможность использования в оптическом диапазоне эффекта возбуждения поверхностного плазмонного резонанса для измерения неравномерности распределения вдоль поверхности значений комплексной диэлектрической проницаемости (показателя преломления) и толщины наноразмерных металлических плёнок . Разработана функциональная схема метода измерений распределения комплексной диэлектрической проницаемости и толщины наноразмерных металлических плёнок различных металлов и толщины в видимом диапазоне длин волн. Одной из особенностей разработки является то, что р-поляризовашюе излучение лазера фокусируется в широкую прямую вблизи поверхности исследуемого объекта, таким образом, что отраженный сигнал несёт в себе информацию об эффективности возбуждения, в зависимости от угла падения излучения, поверхностной электромагнитной для каждой точки прямой (информацию о всей поверхности даёт продольное сканирование). Другая особенность заключается в выборе вкачестве опорного сигнала s-поляризованное излучение прошедшее через туже оптическую схему и сравниваемое с информационным (отраженным) В результате этого усовершенствования стало возможным создание компактной оперативной сенсорной системы, позволяющей измерять распределение комплексной диэлектрической проницаемости и толщины наноразмерных плёнок по всей площади плёнки.

Отдельные положения диссертационной работы расширяют возможности диагностики наноразмерпых плёнок различных металлов и открывают дополнительные перспективы в создании новых устройств на основе тонкоплёночных технологий.

Приведенные в диссертации исследования применены на практике для измерения комплексной диэлектрической проницаемости и толщины, а так же отражательных параметров наноразмерпых немагнитных плёнок, в том числе для измерения характеристик старения металлических плёнок (для определения скорости образования оксидных плёнок на поверхности металлов и их параметров: комплексной диэлектрической проницаемости и толщины). Работа выполнялась в рамках научно исследовательских работ Кубанского госуииверситета на кафедре оптоэлектроники в период с 2002 по 2006 гг. по теме «Исследование и разработка новых физико технологических принципов построения, микро нанооптических устройств сбора, обработки и передачи информации и перспективных сред для микролазеров», а также согласно гранту 2004 г. Федерального агентства по образованию по теме «Разработка методики измерения удельной проводимости тонких плёнок в сантиметровом и миллиметровом диапазоне» рег.№А04-3.20-203.

Защищаемые положения.

1. Новый квазиоптический метод измерения комплексной диэлектрической проницаемости и (или) толщины в сверхвысокочастотном диапазоне длин волн тонких наноразмерных плоских плёнок из немагнитного проводящего материала или из немагнитного высокоимпедансного материала, основанный па спектральной закономерности коэффициента прохождения электромагнитной волны через квазиоптический резонатор одно из зеркал которого образовано исследуемой плёнкой; его математическое обоснование и определение границ применимости путём численного моделирования.

2. Методика измерения и алгоритм вычисления в видимом диапазоне длин волн неоднородности распределения (по поверхности) комплексной диэлектрической проницаемости и толщины наноразмерных металлических пленок; результаты численного исследования их применимости и эффективности по рассматриваемой физико-математической модели, основанной на угловой зависимости эффективности возбуждения ПЭВ (в геометрии Креч-мана) выше указанных параметров наноразмерных металлических плёнок.

3. Математические соотношения между величинами комплексной диэлектрической проницаемости, толщины и оптическими параметрами, характеризующими тонкую напоразмерную плёнку и параметрами квазиоптической резонансной системы их измерения.

4. Алгоритмы численного решения задачи определения удельной проводимости и толщины наноразмерных плёнок на основе соотношений между величинами комплексной диэлектрической проницаемости, толщины и параметрами квазиоптической резонансной системы.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из 4-х глав, введения, заключения, списка использоваиных источников и приложений.

Первая глава представляет собой аналитический обзор, выполненный на основе анализа литературных источников. Особое внимание здесь уделяется специфики методов измерения комплексной диэлектрической проницаемости и толщины наноразмерпых пленок, методикам расчета и конструктивного исполнения этих методов, их достоинства и недостатки.

Вторая глава непосредственно посвящена решению задачи разработки квазиоптического метода, составлению численных зависимостей и описанию разработанного алгоритма восстановления комплексной диэлектрической проницаемости и толщины тонких металлических немагнитных плёнок по измеренным параметрам квазиоптического резонатора, частично образованного измеряемой плёнкой в, СВЧ диапазоне длин волн.

Третья глава посвящена описанию модифицированной методики измерения комплексной диэлектрической проницаемости и толщины наноразмерпых металлических плёнок в видимом диапазоне длин волн на физической основе возбуждения поверхностной электромагнитной волны, а так же разработке соответствующей оптической схемы и экспериментальной её проверке.

Четвёртая глава посвящена экспериментальной проверке разработанного квазиоптического метода измерения комплексной диэлектрической проницаемости и толщины наноразмерпых металлических немагнитных плёнок на натурных образцах.

Диссертация содержит 120 печатных страниц, 32 рисунка, список литературы, включающий 137 наименований и 6 приложений, содержащих таблицы экспериментальных и расчетных данных и распечатки отдельных программ численного расчета. I

Заключение диссертации по теме "Оптика"

Выводы к главе 4

Экспериментально реализован метод квазиоптического неразрушающе-го измерения и контроля диэлектрической проницаемости и (или) толщины нанометровых металлических и высокоимпедансных плёнок в сантиметровом диапазоне длин волн согласно следующим этапам:

1. Разработана схема измерений, в которой квазиоптический резонатор помещается в дальнюю зону рупорной антенны, обеспечивая таким образом структуру плоской падающей волны.

2. Изготовлены эталонные образцы плёнок Ag (толщинами 20, 30, 50, 60 нм), Си (35, 50, 90 нм), А1 (30, 50, 130 нм), нанесённые методом термического испарения в высоком вакууме на промышленные слёкла для фотопластин (выступающие в роли подложек). Измерены значения удельной проводимости изготовленных образцов, и проведено сопоставление с теоретически рассчитанными значениями. В результате проведённого анализа установлено, что разработанный метод в сантиметровом диапазоне длин волн позволяет измерять удельную проводимость металлических напоразмерных немагнитных плёнок толщинами менее 150 им с погрешностью: для плёнок толщинами от 70 нм до 150 нм менее 17%, для плёнок толщинами от 30 нм до 70 нм менее 12%, а для плёнок толщинами меньше 30 им менее 7%.

3. Для плёнок из серебра измерен прирост толщины коррозийной плёнки за две недели, полученное значение 4 ± 1 нм совпадает с результатами описанными в научной литературе.

4. Таким образом, в сантиметровом диапазоне длин волн экспериментально подтверждена действенность разработанного квазиоптического метода и схемы измерения комплексной диэлектрической проницаемости и (или) толщины тонких наноразмерных плоских плёнок из немагнитного проводящего материала. Из сопоставления экспериментальных данных и теоретических расчётов разработанного квазиоптического метода следует возможность его применимости в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах длин волн.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Найдены соотношения между параметрами квазиоптического резонатора частично образованного наноразмерной немагнитной металлической плёнкой и величиной комплексной диэлектрической проницаемости, толщиной, оптическими параметрами этой плёнки. Разработаны алгоритмы чис лепного решения задачи определения удельной проводимости и толщины наноразмерных плёнок на основе вышеуказанных соотношений.

2. Разработан квазиоптический метод неразрушающего измерения комплексной диэлектрической проницаемости и (или) толщины тонких плоских пленок из немагнитного диэлектрического высоко импедансного или проводящего материала, основанный на прохождении электромагнитной волны через квазиоптический резонатор одно из зеркал которого образовано исследуемой плёнкой, пригодный для использования в СВЧ диапазоне длин волн.

3. Разработана функциональная схема и устройство измерения комплексной диэлектрической проницаемости и (или) толщины наноразмерных плёнок на базе предложенного способа. Экспериментально реализован метод квазиоптического неразрушающего измерения и контроля диэлектрической проницаемости и (или) толщины нанометровых металлических плёнок в сантиметровом диапазоне длин волн. Измерены значения удельной проводимости изготовленных эталонных образцов плёнок Ag (толщинами 20, 30, 50, t 60 нм), Си (35, 50, 90 нм), А1 (30, 50, 130 нм), нанесённых методом термического испарения в высоком вакууме на промышленные стёкла для фотопластин (выступающих в роли подложек), и проведено сопоставление с теоретически рассчитанными значениями. Разработанный метод в сантиметровом диапазоне длин воли позволяет измерять удельную проводимость металлических наноразмерных немагнитных плёнок толщинами менее 150 нм с погрешностью: для плёнок толщинами от 70 нм до 150 нм менее 17%, для плёнок толщинами от 30 нм до 70 нм менее 12%, а для плёнок толщинами меньше 30 нм менее 7%.

4. Разработана методика, позволяющая измерить профиль распределения комплексной диэлектрической проницаемости и толщины вдоль всей площади наноразмерной металлической плёнки, основанная на определении величины выше указанных параметров наноразмерпых металлических плёнок по эффективности возбуждения ПЭВ(в геометрии Кречмана), пригодная для использования в видимом диапазоне длин волн.

6. Разработана оптическая схема и собран экспериментальный макет устройства для измерения профиля распределения комплексной диэлектрической проницаемости и толщины вдоль всей площади наноразмерной металлической плёнки, применимые в видимом диапазоне длин волн. В результате испытаний устройства, в частности при измерении параметров d, ег и напоразмерных плёнок серебра, установлены следующие технические характеристики: диапазон измерений толщины наноразмерпых плёнок серебра до — 100 нм; погрешность определения: толщины менее 3%, действительной части диэлектрической проницаемости менее 2%, мнимой части диэлектрической проницаемости менее 8%; разрешающая способность определения неравномерности распределения измеряемых параметров вдоль поверхности плёнки не хуже 80 мкм.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Левченко, Антон Сергеевич, Краснодар

1. Сенсорная система для сканирования параметров тонких металлических плёнок /А. С. Левченко, Н.Н. Серёгина //Экологический вестник научных центров Черноморского экономического сотрудничества. №1. 2006. С. 92-95.

2. Гвоздев В. И. Объемные интегральные схемы СВЧ /В. И. Гвоздев, Е. И. Нефедов. М.: Наука, 1985. 256 с.

3. Чопра К. Тонкоплёночные солнечные элементы /К. Чопра, С. Дас; Под ред. Колтуна. М.: Мир, 1986. 435 с.

4. Нанотехнология в ближайшем десятилетии /Под ред. Д. Г. Роко, Р. С. Уилъямса, П. М. Аливисатоса. М.: Мир, 2002. 292 с.

5. Проводящие и отражающие свойства тонких металлических плёнок /И. В. Антонец, Л. Н. Котов, С. В Некипелов , Е. Н. Карпу-шов //ПЖТФ. 2004. Т.74. Вып.И. С. 102-106.

6. Серов И.Н. Проблемы нанотехнологии в современном материаловедении /И.Н. Серов, В. А. Жабрее. //Физика и химия стекла, 2003. Т.29, №4. С. 242-256.

7. Андреев В. Г. Экспериментальные исследования поглощения волн миллиметрового диапазона в тонких металлических плёнках / В. Г. Андреев, В. А. Вдовин, П. С. Воронов //ПЖТФ. 2003. Т.29. Вып.22. С. 68-73.

8. Рабинович В. А. Краткий химческий справочник. Изд. 4-е /В. А. Рабинович, 3. Я. Хавин. Спб.: Химия, 1994. 432 с.

9. Трофимов В. И. Рост и морфология тонких плёнок /В. И. Трофимов, В. А. Осадченко. М.: Энергоатомиздат, 1993. 272 с.

10. Палатник Л. С. Механизм образования и субструктура конденсированных плёнок /Л. С. Палатник, М.Я. Фукс, В.М. Косевич. М.: Наука, 1972. 320 с.

11. Милъман И. И. Радиоволновой и оптический контроль. Учебное пособие. 4.1. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2001. 75 с.

12. Кухаркин Е. С. Электрофизика информационных систем. М.: Высш.шк., 2001. 671 с.

13. Григорьев А. Д. Электродинамика и техника СВЧ. М.: Высш.шк., 1990. 334 с.

14. Лансберг Г. С. Оптика. М.: Физматлит, 2003. 848 с.

15. Benjamin R. Е. A revie of metallic micro-structures in the microwave regime /А collection of author. eng. URL: http://freespace.virgin.net/benjamin.evans7/LiteratureReview.pdf 04 мая 2004.

16. Машкооич М.Д. Электрические свойства неорганических диэлектриков в диапазоне СВЧ. М.: Сов. Радио, 1969. 240 с.

17. Князев Б. А. Поверхностные электромагнитные волны: основные свойства, формирование, транспортировка /Б. А. Князев, А. В. Кузьмин. Новосибирск.: ИЯФ СО РАН, 2003. 27 с.

18. Семенов Н.А. Техническая электродинамика. М.: Связь, 1973. 480 с.

19. Плотников В. П. Физика проводников и диэлектриков. Учебное пособие. Тамбов.: Изд. ТГТУ, 2004. 68 с.

20. Блейкмер Дою. Физика твердого тела. Пер. с англ. М.: Мир, 1988. 608 с.

21. Займан Дэю. Принципы теории твёрдого тела. М.: Мир, 1974. 452 с.

22. Розенберг Г. В. Оптика тонкослойных покрытий. М.: Физматлит, 1958. 570 с.

23. Находкин Н. Г. Физика металлических плёнок. Сер. Металлофизика /Н.Г. Находкин, Г. А. Зыков, А.Н. Шалдерван. Киев: Наукова думка, 1968. 218 с.

24. Физика тонких плёнок. Т.2. /Под ред. Г. Хасса, Р. Э. Туна. М.: Мир., 1967. 344 с.

25. Гимпелъсон В. Д. Тонкоплёночные микросхемы для приборостроения и вычислительной техники /В. Д. Гимпелъсон, Ю.А. Радионов. М.: Машиностроение, 1976. 328 с.

26. Ларсон Д. К. Физика тонких плёнок. Т.6. / Под ред. М. Франкомба, Р. Гофмана. М.: Мир, 1973. С. 97-170.

27. Новиков Н. И. Дефекты кристаллического строения металлов. М.: Металлургия, 1975. 208 с.

28. Особенности наноструктуры и удельной проводимости тонких пленок различных металлов /И. В. Антопец, Л.Н. Котов, С. В. Некипелов, Е.А. Голубев //ЖТФ. 2004. Т.74. Вып.З. С. 24-27.

29. Полухип В. А. Моделирование аморфных металлов /В. А. Полухии, Н.А. Ватолин. М.: Наука, 1985. 288 с.

30. Бондарев Л. А. Основы измерений на СВЧ в оптическом диапазоне воли. М.: МИРЭА, 1983. 80 с.

31. Григорьев А. Д. Резонаторы и резоиаторные замедляющие системы СВЧ /А. Д. Григорьев, В. Б. Янкевич. М.: Радио и связь, 1984. 247 с.

32. Брандт А. А. Исследование диэлектриков на сверхвысоких частотах. М.: Физматгиз, 1963. 403 с.

33. Метод обработки электромагнитного поля поверхностной медленной волны над поглощающим покрытием /Н.П. Федоров, П. А. Федютин, С. Р. Каберов, Д. А. Дмитриев, Н.П. Федоров //Радиотехника. 2004. №11. С. 90-94.

34. Юшкова О. В. Восстановление параметров слоистой среды //Изв. ВУЗов, Радиофизика. 1995. Т.28. №7. С. 648-652.

35. Определение коэффициентов отражения поглотителей электромагнитных волн с использованием модельных образцов /А.Н. Багров, J1. А.

36. Мухарев, В. А. Слабиняк, В. В. Склянкииа //Радиотехника и электроника. 1994. Т.39. Вып.11. С. 1716-1720.

37. Колоколов А. А. К вопросу об определении коэффициента отражения плоской монохроматической волны //Радиотехника и электроника. 1998. Т.43. №8. С. 901-910.

38. Халиуллии Д. Я. Обобщенные граничные условия импедансного типа для тонких плоских слоев различных сред (обзор) /Д. Я. Халиуллин, С. А. Третьяков //Радиотехника и электроника. 1998. Т.43. № 1. С. 1629.

39. Конев В. А. Радиоволновая элипсометрия /В. А. Конев, Е. М. Кулешов, Н. Н. Пунъко. Мн.: Наука и техника, 1985. 104 с.

40. Харвей А. Ф. Техника СВЧ. Т.1. М.: Сов. Радио, 1965. 763 с.

41. Григулис Ю. К. Электромагнитный метод анализа слоистых полупроводниковых и металлических структур. Рига.: Знание, 1970. 780 с.

42. А.с. 1190242 СССР, МПК4 G 01 R 22/00. Датчик для измерения параметров листовых материалов /И. М. Бравер, X. J1. Гарб, П. В. Николаев (СССР). №3465821/24-09. Заявл. 07.07.82; Опубл. 07.11.85. Бюл.№41

43. Афонин Д. Г. Открытые резонаторы в применении и диагностике твёрдого тела // Известия академии наук. 1999. Т.бЗ. №10. С. 1992-1997.

44. Pat. 20020118026 US., Int. CI7 G 01 R 27/26. Permittivity measurement of thin films /Yutaka Doi (US). Honeywell International Inc. (US). №752638/09. Pub. date 29.08.2002.

45. Двинских В. А. Полупроводниковый генератор для измерения диэлектрической проницаемости материалов на СВЧ /В. А. Двинских, В. Г. Дувинг, Д. А. Усанов //Электронная техника. Сер. 1. Электроника СВЧ. 1978, №8. С. 100-102.

46. Шестопалов В. П. Физические основы миллиметровой и субмиллиметровой техники. Т.1. Киев: Наукова думка, 1985. 213 с.1 56. Вайнштпейн Л. А. Открытые резонаторы и открытые волноводы. М.: Сов. радио, 1966. 476 с.

47. Gavriline V. V. Microwave ondestructive testing of thin multilayers conductive structures //NDT.net. 1999. Vol.4, №3. рус. URL: http://www.ndt.net/article/pacndt98/41/41.htm И сентября 2004.

48. Валитов P. А. Техника субмиллиметровых воли /Р. А. Валитов, С. Ф. Дюбко, В. В. Кошелев; Под ред. Р. А. Валитова. М.: Сов. Радио, 1969. 480 с.

49. Усанов Д. А. Устройство для измерения параметров материалов и сред /Д. А. Усанов, А. В. Скрипалъ. //Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского (Россия). рус. URL: http://solid.sgu.ru/Science/Brussel/brusselUsanov.pdf,

50. URL: http://www.ptechnology.ru/MainPart/Diagriostic/Diagnostic36.html 19 октября 2004.

51. Усанов Д. А. Устройство для измерения толщины диэлектрических плёнок, напыляемых на металл /Д. А. Усанов, А. А. Безменов, Б.Н. Ко-ротин // ПТЭ. 1986, №4. С. 227-228.

52. Pat. 2004177274 JP., Int. CI7 G 01 R 27/02. Non-contact electric conductivity measurement system /Kyo Akira, Saka Masumi, Abe Hiroyuki (JP). Tohoku techno arch со. LTD (JP). №2002-343833. Publ. date 24.06.2004.

53. Усанов Д. А. Использование эффекта автодинного детектирования в генераторах па диодах Ганна для двух параметрового измерения диэлектриков /Д. А. Усанов, А. А. Андреев // Дефектоскопия. 1995. №4. С. 42-45.

54. Коган И.М. Автодины /И.М. Коган, Д. Я. Тамарчок, Ю.Л. Хогпун-цев // Итоги науки и техники. Радиоэлектроника. 1984. Т.ЗЗ. С. 3-175.

55. Толщиномеры MEGA-CHECK 10-ST и 20-ST //Из каталога оборудования па сайте компании EuroTest (Санкт-Петербург). рус. URL: http://www.euro-test.ru/cgi/sbox/catalog.cgi?levell=500&к Ievel2=570&level3=26304&wcode=25898 20 августа 2004.

56. Андреев С. В. Исследование оптических постоянных металлических слоев /С. В. Андреев, Я. А. Губанов //Оптические и лазерные технологии. Сб. ст. под ред. В. Н. Васильева. СПБ.: 2001. С. 198-203.

57. Пашкевич М. Ф. Исследования и изобретательство в машиностроении. Мн.: Адукацыя i выхавапне, 2005. С. 180-186.

58. Евтпихиев Н. Н. Прибор для автоматического измерения толщины пленок //ПТЭ. 1983, №6. 204 с.

59. Бутиков Е. И. Оптика. М.: Высш. шк., 1986. 512 с.

60. Пат. 2215317 Ли., МПК7 G 03 Н 1/00, G 01 В 21/20. Про-филограф /Ю.С. Степанов, Е.А. Белкин, Г. В. Барсуков (Россия). Орловский государственный технический университет (Россия). №2002160574/28. Заявл. 08.01.2002; Опубл. 27.10.2003.

61. Оптическая голография. Т.2. /Под ред. Г. Колфилда. М.: Мир, 1982. С. 622-623.

62. Пат. 2157513 Ru., МПК7 G 01 J 4/04. Эллипсометрический дат1 чик /В. Н. Федоринин. Конструкторско технологичесикй институт прикладной микроэлектроники СО РАН. №99104550/28. Заявл. 05.03.1999; Опубл. 10.10.2000.

63. Астрова Е. В. Измерение параметров и состава тонких пленок пористого кремния в результате окисления. Эллипсометрические исследования /Е.В. Астрова, В. Б. Воронков, А. Д. Ременюк //Физика и техника полупроводников. 1999. Т.ЗЗ. Вып.10. С. 1264-1270.

64. Влияние переходного слоя на результаты эллипсометрических исследований наноразмерных слоев/Д. И. Биленко, В. П. Полянская, М.А. Гецьман, Д. А. Горин, А. А. Невешкин, A.M. Ященок //ЖТФ. 2005. Т.75. Вып.6. С. 69-73.

65. Либенсон М.Н. Поверхностные электромагнитные волны в оптике //Сорос, образ, жури. 1996, №11. С. 103-104.

66. Либенсон М. Н. Преодоление дифракционного предела в оптике //Сорос. образ, журн. 2000, №3. С. 99-104.

67. Tip-enhanced Fluorescence Microscopy at lOnm resolution / J.M. Gerton, L.A. Wade, G.A. Lessard, Z. Ma, S.R. Quake //Phys. Rev. Lett. 2004. Vol.93, №180801.

68. Поверхностные поляритоны /Под ред. В. М. Агроновича, Д. Л. Миллса. М.: Наука, 1985. 525 с.

69. Либенсон М. Н. Поверхностные электромагнитные волны в оптике /М.Н. Либенсон, В. С. Монин, С.Д. Пудков. JL: Ленинградское отделение о-ва «Знание» РСФСР, 1990. 24 с.

70. Дмитрук Н. Л. Поверхностные поляритоны в полупроводниках /Н. Л. Дмитрук, В. Г. Литповченко, В. Л. Стрижевский. Киев.: Наукова думка, 1989. 376 с.

71. Валянский С. И. Микроскоп на поверхностных плазмонах //Соросов-ский образовательный журнал. 1999, №8. С. 76-88.

72. Sensia /?-SPR Research Platform /Sensia со. Product details. рус. URL: http://www.sensia.es/index-archivos/betaspr.htm 20 января 2006.

73. Bruijn H. E. Determination of dielectric permittivity and thickness of a metal layer from a surface plasmon resonance experiment /Н.Е. Bruijn, R.P.H. Kooyman, J. Greve //Applied optics. 1990. Vol.29. №13. P. 19741978.

74. Optical properties and instrumental performance of thin gold films near the surfase plasmon resonance /Н. Neff, W. Zong, A.M.N. Lima, M. Borre, G. Holzhuter //Thin solid films. 2006. Vol.496. P. 688-697.

75. Mitsushio M. Sensor proporties and characterization of the metal-deposited SPR optical fiber sensors with Au, Ag, Cu and А1 /М. Mitsushio, K. Miyashita, M. Higo //Sensors and Actuators A: Physical. 2006. Vol.125. P. 296-303.

76. Волноводный метод измерения параметров тонких пленок /А. В. Хо-мченко, А. Б. Сотский, А. А. Ромапепко, Е.В. Глазунов, А. В. Шуль-га //ЖТФ. 2005. Т.75. Вып.6. С. 98-106.

77. A commercial solution for surface plasmon sonsing /J. Melendez, R. Carr, D. Bartolomow, K. Kukanskis, J. Elkind, S. Yee, C. Furlong, R. Woodbury //Sensors and Actuators B. 1996, №35-36. P. 212-216.

78. Серегина H. H. Микрооптические биосенсоры: методы практической реализации/Я. Н. Серегина, Л. И. Романова, М.М. Векшин /Кубанский гос. ун-т. Краснодар. 2003. 42 с. Деп. в ВИНИТИ 3.04.2003, №610-В2003.

79. Slavi'k R. Simultaneous excitation of long and short range surface plasmons in an asymmetric structure /Radan Slavik, Jiri Homola //Optics communications. 2006. Vol. 259. P. 507-512.

80. Shen. Optical phase-shift defection of surface plasmon resonance /Shen, T. Liu, J. Guo //Appied optics. 1998. Vol.37. P. 1747-1751.

81. Homola J. Surface plasmon resonance sensors: review / J. Homola, S.S. Yee, G. Gauglits //Sensors and Actuators B: chemical. 1999. Vol.54. P. 3-15.

82. Slavik R. Miniaturization of fiber optic surface plasmon resonance I sensor /R. Slavik, J. Homola, J. Ctyroky //Sensors and Actuators B. 1998.1. Vol.51. P. 311-315.

83. Старр А. Т. Радиотехника и радиолокация. M.: Сов. радио, 1960. 672 с.

84. Лебедев В. И. Техника и приборы СВЧ. М.: Высш. шк., Т.1. 1970. 375 с.

85. Запороэ/сец В. В. Волновые процессы и квантовая радиофизика: Лабораторный практикум /В. В. Запорооюец, Н.А. Яковеико. Краснодар: КубГУ, 2001. 172 с.

86. Амплитудно частотная характеристика резонансных диафрагм в окрестности частот отсечки /В. В. Запороэ/сец, А. С. Левченко, А. А.

87. Чудина, Н.А. Яковенко //Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки.

88. Спец. выпуск. Математическое моделирование и компьютерные технологии. 2006. С. 25-27.

89. Блюменфелъд Л. А. Применение электронного парамагнитного резонанса /Л. А. Блюменфелъд, В. В. Воеводский, А. Г. Семёнов. Новосибирск: Изд. Сибирского отделения АН СССР, 1962. 240 с.

90. Малышев В. И. Введение в экспериментальную спектроскопию. М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы. 1979. 480 с.

91. А. С. Левченко Измерение параметров радиопоглощающих плёночных материалов в сантиметровом диапазоне сверхвысоких частот /Вестник студенческого научного общества за 2003г. Краснодар КубГу: 2004. С. 22-23.

92. Измерение параметров радиопоглощающих плёночных материалов в сантиметровом диапазоне сверхвысоких частот /В. В. Запороэ/сец, А. С. Левченко, Н.А. Яковенко/, Кубан. ун-т — Краснодар, 2002. 13 с. Рус. Деп. В ИНИОН РАН 09.01.2003, №68-В2003

93. Измерения на миллиметровых и субмиллиметровых волнах. Методы и Техника /Под ред. Р. А. Валитова, Б. И. Макаренко. М.: Радио и Связь, 1984. 296 с.

94. Микаэлян А. Л. Оптические генераторы на твердом теле /А. Л. Мика-элян, М.Л. Тер-Микаэляи, Ю.Г. Турков. М.: Изд-во Советкое радио, 1967. 384 с.

95. Корнблитп С. СВЧ Оптика. Оптические принципы в приложении к конструированию СВЧ антенн. М.: Связь, 1980. 400 с.

96. Ворн М. Основы оптики /М. Борн, Э. Вольф. Пер. с англ. М.: Наука, 1973. 720 с.

97. Королёв Ф.А. Пропускание электромагнитных волн тонкими плёнками серебра /Ф.А. Королёв , В. И. Гриднев. //РЭ. 1965. С. 1718-1719.

98. Бреховских Л.М. Волны в слоистых средах. М.: Наука, 1973. 343 с.

99. Анализатор спектра HP 8560 / Agilent Technologies: the premier measurement company advancing electronics, communications, life sciences and chemical analysis - eng. URL: http://www.unitest.com/pdf/ag8560en.pdf 10 октября 2005.

100. Савчук В. П. Обработка результатов измерений. Физическая лаборатория. 4.1: Учебное пособие для студентов вузов. Одесса: ОНПУ, 2002. 54 с.

101. Новицкий П. В. Оценка погрешностей результатов измерений /П. В. Новицкий, И. А. Зограф. JI.: Энергоатомиздат., 1985. 248 с.

102. Determination of dielectric permittivity and thickness of a metal layer from a surface plasmon resonance experiment /Helene E. De Bruijn, Rob P. H. Kooyman, Jan Greve //Applied optics. 1990. Vol.29. №13. P. 1974-1978.

103. Joseph R.L. Radiative decay engineering 3. Surfase plasmon-coupled directional emission //Analytical Biochemistry. 2004. V.324 P. 153-169.

104. Агроиович В. А. Краткий химческий справочник. Изд. 4-е /В. А. Агро-иович, В. JI. Гинзбург. М.: Наука, 1965. 376 с.

105. Datasheet on SlC7309x01 b/w CCD Processor /Sumsung Electronicseng. URL: http://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/37721/SAMSUNG/SlC7309X01.html 10 октября 2005.

106. Datasheet on KS7212 timing&sync. generator for b/w CCD /Sumsung Electronics eng. URL: http://www.chip.tomsk.ru/chip/chipfile.nsf/ all/99C7A3O53DA99988C6257O2A00307E0F/$File/ks7212.pdf 10 октября 2005.

107. Измеритель КСВн панорамный P2-61. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Краснодар: 1989. С. 24

108. Вонсовский С. В. Магнетизм. Магнитные свойства диа-, пара-, ферро-, антиферро- и ферримагнетиков. М.: Наука, 1971. 1032 с.

109. Боровик Е.С. Лекции по магнетизму. Изд. 3-е IE. С. Боровик, В. В. Ерёменко, А. С. Милънер. М: Физматлит, 2005. 512 с.

110. Мищенко А. В. Справочник физических величин чистых веществ. М.: Изд-во Мир, 1982. 657 с.

111. Туров Е.А. Лекции по магнетизму /Е.А. Туров, А. В. Колчанов, И. Ф. Мирсаев, В. В. Николаев. М.: Физматлит, 2001. 560 с.

112. Бичурин М. И. Магнитоэлектрические материалы на СВЧ /М.И. Би-чурии, В. М. Петров. Новгород. 1998. 154 с.

113. Справочные данные на стёкла для электровакуумных приборов. М.: НИИЭС 1986.

114. John Т New approaches to aluminum passivation for corrosion prevention /Т. John, Jr. Yates. //Finel rept. 1998. eng. URL: http://www.stromingmedia.us/69/6993/A699353.html 10 октября 2005.

115. Быков Ю. А. О некоторых особенностях структуры и свойств металлических «тонких плёнок» /Ю.А. Быков, С. Д. Корпухин, Е.И. Газуки-па. //МиТОМ 2000. №6. С. 45-47.

116. Reinhold В. Sulfide corrosion of silver contacts during satellite storage //Journal of spacecraft and rockets, 1988 Vol.25. №6. C. 439-440.

117. Федоров Д. Г. Электронная структура Ag2S //Сб. докл. м.н.к. Актуальные проблемы физики твёрдого тела. Мн.: ФТТ 2005 Т.1. С. 231-232.

118. Арсеев И. Е. Влияние близости приёмной и передающей антенн на измерение диэлектрической проницаемости вещества //Радиотехника и электроника. 1970. № 10. С. 2071-2080.

119. Восстановление оптических параметров R и Т зеркал по зависимости коэффициента передачи квазиоптического СВЧ резонатора образованного этими зеркалами- 141. TOL := 10с := 299792458 м/с ти := 3.141592653589793

120. Промежуточные вычисления по математическому восстановлению зависимости коэффициента передачи "идеального" резонатора1. Ко

121. Ко := 10 10 Хо := — Qn := — нагруженная добротность резонатораfo Af24.TU-S-fo28f := fo1 «Л * 8fp om := — относительная расстройка между отсчетами для1. Qnидеального" резонатора

122. Р = 8.0942 х 10 Qn = 40.5172-31. Jmax := lOlog(Jmax)5m = 0.01665f = 1.5591 x 108 Гц Jmax = -25.748 дБ

123. Математические зависимости коэффициентов передачи экспериментальные и расчётные (с учётом потерь)1. K(f) :=1. J(f) :=4.Qn Ко1 Г | 4-(f- fo)'1. Sfr)fo4.Qn Коf\ Л2 | 4-(f- fo)21. J fo2f := 9000000000,9001000000. 10000000000

124. График зависимости коэффициентов передачи резонатора от частоты измеренный K(f) и восстановленный с учётом потерь J(f)

125. Восстановление оптических параметров R и Т для второго зеркала (по параметрам эталонного зеркала) частично образующего квазиоптический СВЧ резонатор.

126. Изначальные данные полученные в ходе эксперимента:параметры эталонного зеркала (в данном случае расчитанные выше)

127. Qn = 47 5f= 1.2391 x 108 Гц Jmax = -33.6418 дБ

128. Математические зависимости коэффициентов передачи -экспериментальные и расчётные (с учётом потерь)1. K(f) :=1. J(f) :=4.Qn' Ко1 V 4-(f- fo)2kQnfof := 9000000000,9001000000. 10000000000

129. График зависимости коэффициентов передачи резонатора от частоты измеренный K(f) и восстановленный с учётом потерь J(f)

130. Численные зависимости трёх параметров металических плёнок

131. R(d,a), T(d,cr) и расчёт по экспериментально измеренным значениям

132. Т и R возможных значений cj(d), что позволяет по одному из параметров найти другой и расчитать погрешностьч- 14

133. TOL := 10 с := 299792458 м/ся := 3.141592653589793 гО := 8.854187827-10'-12

134. Зависимости R(d,a) и T(d,a), в окрестности определённой частоты ff:= 10-109 Гц l:=- 1 = 0.03 мf

135. Jt-sO-f 2-Ti-sO-f 2-7r-e0-f-9 -9 -9dmin := 10-10 нм Ad:=5-10 им dmax:=90-10 нм d := dmin,dmin +Ad., dmaxзависимости комплексного коэффициента отражения p(d,^) и пропускания x(d,^)cosh \, (■ 2-я•sinhVVyjc, i-^-sinh i---yjc,- i-^-dIcosh