不连续金属膜的介电性能计算

采用Bruggeman有效媒质理论、基于HFSS软件的S参数法和谐振腔微扰法对不连续金属膜的介电常数进行计算.计算结果表明,在满足长波准静态近似条件下,通过对金属的介电常数进行重整化处理,将涡流效应和局域场增强效应纳入到重整化介电常数中,可以将金属等效为均匀极化的介质,并利用有效媒质理论解析的计算出不连续金属膜的介电常数.且在不连续金属膜中,由于涡流效应的影响,不连续金属膜单元尺寸的大小将显著影响到不连续金属膜的有效介电常数.另外,Bruggeman理论在计算填充浓度小于阈值的样品时才可以获得准确结果.该文结论对研究不连续金属膜的介电性质具有积极的指导意义.     

电导率对纳米磁性金属膜微波吸收性能的影响

基于纳米金属膜电导率和介电性的理论基础,采用0.05～5 GHz 宽频带扫频测量所得的复磁导率,计算分析电导率对具有不同微波磁谱特性的纳米磁性金属膜吸波性能的影响.研究结果表明具有较高磁导率的纳米磁性膜,当其电导率低于100 S/m 时,该薄膜材料在微米级厚度时就具有良好的吸波性能,即在0.05～5 GHz 的宽频段反射率小于-4 dB;降低薄膜电导率可以显著改善薄膜吸波材料的电磁匹配性能,从而提高其吸波性能.     

负介电常数和负磁导率微波媒质的实验

介绍等效介电常数和等效磁导率同时为负数的金属结构的特征及实验研究. 实验研究结果表明, 具有周期性排列的金属条和金属谐振环结构的人造金属媒质, 在特定的微波频率范围内, 对于具有一定偏振方向的电磁波, 其等效介电常数和等效磁导率同时为负数.     

改进的谐振腔微扰法测定电介质X波段介电常数

针对谐振腔微扰法对电介质材料介电性能进行测量时,要求测试过程满足微扰条件,即待测样品的介电常数或体积较小的情况,研究了谐振腔微扰法测试微波材料的原理,通过改变待测样品的体积及标定修正对应的微扰计算公式,使其满足对高介电常数材料的测量.对电介质块材与薄膜样品进行了测量,结果显示,谐振频率偏移小于100MHz,标定的计算公式精度较高.改进后的测量方法可以增大谐振腔微扰法的测量范围,适用于高介电常数陶瓷块材与薄膜的介电常数、介电损耗的微波频率测量.     

宏观颗粒影响薄膜性能的机理分析

基于界面能量理论，从微观的角度通过分析阴极真空电弧镀膜中、宏观颗粒（ＭＰ）到达基片后的自身发展形态与基片表面的相互影响以及与金属原子、离子之间的相互作用，提示出ＭＰ影响薄膜性能的物理机制。分析表明，ＭＰ将增大薄膜表面粗糙度，降低薄膜附着力；使薄膜密度不均匀，膜层中ＭＰ与连续薄膜之间存在明显的分界面，理论分析的结果与实验结果相吻合。     

金刚石聚晶薄膜制备及其电子场的发射性能

微波等离子体化学气相沉积是制备微/纳米结构的方法之一,使用该方法在陶瓷衬底上制备微米金刚石聚晶材料薄膜。利用扫描电子显微镜表征了材料的表面形貌,单元尺寸一致,分布均匀。使用X射线衍射和拉曼光谱分析了薄膜的结构,测试了薄膜材料的电子场发射性能。数据表明:制备的薄膜材料开启电场为1.25V/μm,在2.55V/μm的电场下,其电子场发射电流密度达到6.3mA/cm2。     

Fe填充碳纳米管微波吸收材料的研究

实验采用二茂铁热分解原位沉积法制备了金属Fe填充碳纳米管复合雷达吸波材料.高分辨透射电镜观测证实了Fe在碳纳米管内的填充发生,填充的金属Fe在碳纳米管内呈准连续的纳米线.采用HP8722ES矢量网络分析仪测量了样品在2～18 GHz频率范围内的复介电常数和复磁导率.采用吸收屏理论公式计算材料反射率损耗、匹配频段及匹配厚度.结果表明,样品反射损耗随吸收层匹配厚度的增大,吸收峰向低频方向迁移.吸收层在Ku波段具有较好的吸波效果.当吸收层匹配厚度为3.5 mm时,在中高频范围内,反射衰减最大达-22.73 dB,反射衰减小于-10 dB的频宽达4.22 GHz.     

金属纳米颗粒复合薄膜的光吸收特性研究

根据Mie散射理论,研究了金属纳米颗粒镶嵌在载体介质中的复合薄膜的光吸收特性,计算得到Cu的介电常数与波长的关系．结果表明：当金属介电常数的虚部ε2变化不大时,复合薄膜的共振吸收峰峰位决定于金属介电常数的实部ε1和载体介质的折射率nd．     

人造金刚石金属包覆膜内γ-(FeNi)(111)与Fe3C(004)晶面上原子匹配关系与电子密度分析

用透射电子显微镜(TEM)检测了高温高压下铁基触媒合成金刚石外的金属薄膜,发现存在大量的合金相γ-(FeNi)与高碳相Fe3C,但未发现石墨与金刚石结构.γ-(FeNi)(111)晶面与Fe3C(004)晶面上的原子有对应匹配关系.应用余氏理论(EET)计算了γ-(FeNi)/Fe3C界面的共价电子分布,发现一级近似下两晶面的平均共价电子密度(简称电子密度)连续,符合程氏理论(TFDC)提出的"相邻晶面电子密度连续"的原子边界条件.分析认为,γ-(FeNi)与FeaC分别是金属薄膜中形成金刚石的催化相和过渡相.     

不同氛围溅射HfO_2栅介质薄膜的电学性能和界面微结构

本文研究了不同沉积氛围(纯Ar,Ar+O2和Ar+N2)中射频磁控溅射制备HfO2薄膜的介电性能和界面微结构.实验结果表明在纯Ar氛围室温制备的HfO2薄膜具有较好的电学性能(有效介电常数ε-r～17.7;平带电压～0.36 V;1 V栅电压下的漏电流密度～4.15×10-3 A cm-2).高分辨透射电子显微镜观测和X射线光电子能谱深度剖析表明,在非晶HfO2薄膜和Si衬底之间生成了非化学配比的HfSixOy和HfSix混合界面层.该界面层的出现降低了薄膜的有效介电常数,而界面层中的电荷捕获陷阱则导致薄膜电容-电压曲线出现顺时针的回线.     

表面等离子波研究

表面波(SW)是一种沿两媒质之间界面传播的电磁波。1899年A.Sommerfeld最早提出,TM型表面波可沿一根具有有限电导率的无穷长圆柱导线传输。1909年Sommerfeld又用Maxwell方程组处理了非辐射型表面波。表面等离子波(SPW)发生在金属与电介质的界面,自1957年以来为人所知,界面两侧呈消失态。SW与SPW的区别在于,SW发生于两电介质之间,而SPW仅在电介质与导体(例如金属膜)之间的界面上传播。也可认为SPW是SW的一种,它要求界面两边的介电常数一正一负,这可由一边用电介质而另一边用金属来满足。金属中的大量自由电子被当作高密度电子气体,其纵向密度起伏形成SPW可经由金属而传播。SPW的电磁场在界面上最大,在垂直表面的两个方向上指数地减小,这情况与SW相同。本文深入探讨了激励SPW的相关理论和技术。近年来发展了一门新学科——以金属表面衰减全反射为基础的ATR光谱学,它是由体电磁波(VEMW)通过谐振激发造成SPW的技术,其实施是通过Otto方式(棱镜—空气—金属)或Kretschmann方式(棱镜—金属—空气)。在我们的实验中,采用波长632.8nm的H_e-Ne激光器作为光源,在玻璃三棱镜底部镀金膜,用Kretschmann方式激发SPW,并测出其ATR谱。通过计算得出纳米薄膜的厚度,和金的负电介常数。     

Si_（83）Ge_（17）/Si压应变衬底上HfAlO_x栅介质薄膜微结构、界面反应和介电性能研究

本文研究了射频磁控溅射沉积在p-Si83Ge17/Si（100）压应变衬底上HfAlOx栅介质薄膜的微结构及其界面反应,表征了其各项电学性能,并与相同制备条件下沉积在p-Si（100）衬底上薄膜的电学性能进行了对比研究.高分辨透射电子显微镜观测与X射线光电子能谱深度剖析表明600°C高温退火处理后,HfAlOx薄膜仍保持非晶态,但HfOx纳米微粒从薄膜中分离析出,并与扩散进入膜内的Ge,Si原子发生界面反应生成了富含Ge原子的HfSiOx和HfSix的混合界面层.相比在相同制备条件下沉积在Si（100）衬底上的薄膜样品,Si83Ge17/Si（100）衬底上薄膜的电学性能大幅提高：薄膜累积态电容增加,有效介电常数增大（～17.1）,平带电压减小,？1V栅电压下漏电流密度J减小至1.96×10？5A/cm2,但电容-电压滞后回线有所增大.Si83Ge17应变层抑制了低介电常数SiO2界面层的形成,从而改善了薄膜大部分电学性能;但混合界面层中的缺陷导致薄膜界面捕获电荷有所增加.     

飞秒激光热反射法用于纳米薄膜界面热阻研究

纳米薄膜界面热阻在纳米结构热输运过程中起主导作用?相对于金属纳米薄膜,非金属纳米薄膜界面热输运规律更为复杂?采用改进的双波长飞秒激光光热反射法(TDTR)实验系统,测试了金属纳米薄膜?非金属纳米薄膜分别与不同介电基体之间的界面热阻?薄膜-基体德拜温比可以近似作为衡量界面声学失配程度的度量,德拜温比接近,非金属纳米薄膜界面热阻比金属纳米薄膜界面热阻大2~3倍,主要原因是电子-声子耦合作用增强了金属薄膜界面热输运能力?     

人造金刚石金属包覆膜内γ(FeNi)(111)与Fe3C(004)晶面上原子匹配关系与电子密度分析

用透射电子显微镜(TEM)检测了高温高压下铁基触媒合成金刚石外的金属薄膜，发现存在大量的合金相γ(FeNi)与高碳相Fe3C，但未发现石墨与金刚石结构．γ(FeNi)(111)晶面与Fe3C (004)晶面上的原子有对应匹配关系．应用余氏理论(EET)计算了γ(FeNi)/Fe3C界面的共价电子分布，发现一级近似下两晶面的平均共价电子密度(简称电子密度)连续，符合程氏理论(TFDC)提出的“相邻晶面电子密度连续”的原子边界条件．分析认为，γ(FeNi)与Fe3C分别是金属薄膜中形成金刚石的催化相和过渡相．     

镍酸镧薄膜与硅基底的界面分析

LaNiO3是一种钙钛矿型的化合物,晶格参数0.384 nm,与类似PbTiO3,Pb(ZrTi)O3和BaTiO3的铁电薄膜匹配的很好.其在300 K时的电阻大约是10-5Ωm,具有类金属特性、室温电阻率低的特点,随温度变化电阻率显示了良好的金属行为,是一种良好的铁电薄膜的电极材料及气敏材料.但对于薄膜材料的界面化学状态,由于研究方法的限制,目前研究得还比较少.     

Co-Al-O磁性纳米颗粒膜微波磁性研究

通过实验研究和理论计算模拟研究Co-Al-O磁性纳米颗粒膜的微波磁性.首先采用双靶反应磁控溅射工艺制备Co-Al-O磁性纳米颗粒膜,探讨工艺条件对薄膜微波磁谱的影响;然后,利用Landau-Lifshitz-Gilbert方程和Bruggeman有效媒质理论,计算模拟主要磁参量变化对磁性纳米颗粒膜磁谱的影响.研究结果表明:增大Co靶溅射功率,可使磁性颗粒间因分布电容效应引起的涡流损耗增加,从而使磁谱的共振线宽增大;阻尼系数增大导致磁导率频谱的共振线宽增人趋势与实验结果基本一致.     

Mn掺杂PBST薄膜的溶胶-凝胶工艺制备及介电调谐性能

采用溶胶-凝胶工艺在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了Mn掺杂的钛酸锶铅钡PBST铁电薄膜.探讨了掺杂后PBST薄膜的微观结构及其铁介电性能.实验结果表明:随着Mn的掺杂量的增加,PBST薄膜的晶化质量变好,介电常数、介电损耗和调谐量均有减小的趋势,其优值因子有显著的提高.在测定频率为1 MHz下,掺杂后的PBST薄膜介电常数和介电损耗呈下降趋势,薄膜的介电常数从未掺杂的1 250降低至掺杂后的610,同时介电损耗由0.095减小到0.033,当Mn为J4 mol％时,有最小的介电损耗0.033,虽然调谐量不是最高的,但有最大的优值因子(FOM),其微波介电综合性能有所改善.     

基于虚拟仪器技术的薄膜电磁参量测量

基于谐振腔微扰技术,利用先进的矢量网络分析仪,结合虚拟仪器技术研制了一套测量薄膜微波电磁参量的自动测量系统．该系统可以方便、快捷地测量薄膜在微波频率下的复介电常数和复磁导率．图形化编程语言LabVIEW大大缩短了系统开发时间,提高了编程效率．     

具有组分梯度的复合体系的介电响应

利用二次均质化的近似理论,研究具有组分梯度复合膜的有效介电响应,推导梯度复合膜的有效介电常数。首先,运用Bruggman有效媒质理论,得到梯度膜的z层的等效介电常数。其次,均质化整个梯度膜,求出整个梯度膜的有效介电常数。为突出梯度效应,研究在相同总体积分数的情况下,梯度构型p（z）=a（z/w）m对梯度复合膜的有效介电常数的影响。     

组分梯度膜的有效介电常数的推导

从静电场的边值关系出发,利用平均场理论和有效媒质理论近似理论,研究组分梯度膜的有效介电常数,推导出组分梯度膜的有效介电常数。