• Українська
  • English
  • Русский
ISSN 1028-821X (Online)
ISSN 2415-3400 (Print)

МИКРОВОЛНОВЫЕ ПОТЕРИ В СЛАБОПОГЛОЩАЮЩИХ АЛМАЗОПОДОБНЫХ МАТЕРИАЛАХ ПРИ 1 К < T < 300 К. ФЕНОМЕНОЛОГИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

Головащенко, РВ, Деркач, ВН, Тарапов, СИ
Organization: 

Институт радиофизики и электроники им. А. Я. Усикова НАН Украины
12, ул. Ак. Проскуры, Харьков, 61085, Украина
E-mail: roman.golovashchenko@ire.kharkov.ua

https://doi.org/10.15407/rej2015.04.031
Язык: русский
Аннотация: 

Разработка и создание новых материалов для микро- и наноэлектроники неразрывно связаны с проблемой изучения  механизмов потерь электромагнитной энергии в новых веществах в гигагерцевом диапазоне частот. Достаточно обоснованной методикой определения этих механизмов служит анализ температурной зависимости тангенса угла потерь таких материалов в диапазоне температур от криогенных до комнатной. В работе на основании экспериментальных данных выполнено феноменологическое моделирование потерь в слабопоглощающих материалах, имеющих алмазоподобную кристаллическую решетку. Эксперименты проведены в диапазонах частот 60…120 ГГц и температур 1…300 К. Использован метод измерения энергетических характерис-тик дискового диэлектрического резонатора на модах шепчущей галереи. В результате разделены степени проявления основных механизмов потерь в исследованных материалах и определены величины ряда основных физических параметров материалов.

Ключевые слова: механизмы потерь, микроволновый диапазон, низкие температуры, слабопоглощающие алмазоподобные материалы

Статья поступила  10.09.2015 г.
PACS     77.22.-d; 77.22.Gm; 41.20.Jb; 77.84.-s
УДК 537.226.8:621.372
Radiofiz. elektron. 2015, 20(4): 31-38
Полный текст (PDF)
 

References: 
  1. Microwave absorption in single crystals of lanthanum aluminate / C. Zuccaro, M. Winter, N. Klein, K. Urban //       J. Appl. Phys. – 1997. – 82, N 11. – P. 5695–5704.
  2. Krupka J. Permittivity and microwave absorption of semi–insulating InP at microwave frequencies / J. Krupka, J. G. Hartnett, M. Piersa // Appl. Phys. Lett. – 2011. – 98, N 11. – P. 112112 (3 p.).
  3. Молчанов В. І. Основи мікрохвильової електроніки / В. І. Молчанов, Ю. М. Поплавко. – К.: НТТУ «КПІ», 2010. – 351 с.
  4. Гуревич В. Л. Кинетика фононных систем / В. Л. Гуревич. – М.: Наука, 1980. – 400 с.
  5. Gurevich V. L. Intrinsic dielectric loss in crystals / V. L. Gurevich, A. K. Tagantsev // Advances in Physics. – 1991. – 40, N 6. – P. 719–767.
  6. Tagantsev A. Mechanisms of dielectric loss in microwave materials / A. Tagantsev // Mat. Res. Soc. Proc. – 1999. – 603. – P. 221–232.
  7. Garin B. M. Disorder–induced one–phonon absorption of millimeter and submillimeter waves / B. M. Garin // Proc. of SPIE. – 1994. – 2211. – P. 606–614.
  8. Поплавко Ю. М. Физика диэлектриков / Ю. М. Поплавко. – К.: Вища шк., 1980. – 400 с.
  9. Garin B. M. Lower loss limits at millimeter and terahertz ranges / B. M. Garin // Joint 29th Int. Conf. on Infrared and Millimeter Waves and 12th Int. Conf. on Terahertz Electronics: Digest of Conf. – Wiilamsburg, 2004. – P. 393–394.
  10. Фрелих Г. Теория диэлектриков / Г. Фрелих; пер. с англ. Г. И. Сканави. – М.: Изд-во иностр. лит., 1960. – 251 с.
  11. Гилл Ф. Практическая оптимизация / Ф. Гилл, У. Мюррей, М. Райт; пер. с англ. под ред. А. А. Петрова. – М.: Мир, 1985. – 509 с.
  12. Квазиоптические твердотельные резонаторы / А. Я. Кири-ченко, Ю. В. Прокопенко, Ю. Ф. Филиппов, Н. Т. Черпак // Ин-т радиофизики и электрон. им. А. Я. Усикова НАН Украины. – К.: Наук. думка, 2008. – 296 с.
  13. Use of whispering-gallery modes for complex permittivity determinations of ultra-low-loss dielectric materials / J. Krupka, K. Derzakowski, A. Abramowicz et al. // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. – 1999. –47, N 6. – P. 752–759.
  14. Измерение диэлектрических параметров материалов при низких температурах в миллиметровом диапазоне длин волн / В. Н. Деркач, Р. В. Головащенко, Е. В. Горошко и др. // Сб. науч. работ ФМИ НАН Украины. Сер. Физические методы и средства контроля качества материалов и изделий. – Львов, 2005. – Вып. 10. – С. 149–158.
  15. Дисковый диэлектрический резонатор для низкотемпературных магниторезонансных исследований в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах длин волн / Т. В. Багмут, В. Н. Деркач, Р. В. Головащенко и др. //  Радиофизика и электрон.: сб. науч. тр. / Ин-т радиофизики и электрон. НАН Украины. – Х., 2007. – 12, № 2. – C. 421–425.
  16. Головащенко Р. В. Система возбуждения дискового диэлектрического резонатора в криодиэлектрометре / Р. В. Головащенко // Радиофизика и электрон. – 2010. – 1(15), № 2. – С. 27–31.
  17. Кріомагнітний радіоспектроскопічний комплекс міліметрового діапазону довжин хвиль / Experimental Complex – National Treasure of Ukraine [Электронный ресурс]. – Режим доступа: www/URL: http://www.ire.kharkov.ua/Radio-spectroscopy/1.htm. – Загл. с экрана.
  18. О диэлектриках с минимальными потерями в субмм и мм диапазонах / Б. М. Гарин, А. П. Копнин, В. В. Мериакри и др. / I Укр. симп. «Физика и техника мм и субмм радиоволн»: тез. докл. – Х., 1991. – Ч. I. – С. 86–87..
  19. Метод создания кремния с экстремально низкими потерями в диапазоне миллиметровых и субмиллиметровых волн / Б. М. Гарин, A. H. Копнин, М. П. Пархоменко и др. // Письма в журн. техн. физики. – 1994. – 20, № 21. – С. 56–59.
  20. Кремний с минимальными диэлектрическими потерями в миллиметровом диапазоне длин волн / Б. А. Андреев, Т. В. Котерева, В. В. Паршин и др. // Неорганические материалы. – 1997. – 33, № 11. – C. 1301–1304.
  21. О потерях в алмазе в миллиметровом диапазоне / Б. М. Гарин, В. В. Паршин, В. Г. Ральченко и др. // Письма в журн. техн. физики. – 1999. – 25, вып. 7. – C. 85–89.
  22. Chemical vapour deposition synthetic diamond: Materials, technology and applications / R. S. Balmer, J. R. Brandon, S. L. Clewes et al. // J. Phys. Condensed Matter. – 2009. – 21, N 36. – Paper. 364221.
  23. Thumm M. State-of-the-art of high power gyro-devices and free electron masers / M. Thumm / Karlsruhe Institute of Techno-logy // Kit Scientific Reports 7641. – KIT Scientific Publishing, 2012. – 144 p. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: www/URL: http://www.ubka.uni–karlsruhe.de. – Загл. с экрана.
  24. Шалимова К. В. Физика полупроводников / К. В. Шалимова. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 392 с.
  25. Measurements of permittivity, dielectric loss tangent, and resistivity of float-zone silicon at microwave frequencies / J. Krupka, J. Breeze, A. Centeno et al. // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. – 2006. – 54, N 11. – P. 3995–4000.
  26. Silicon as an advanced window material for high power gyrotrons / V. V. Parshin, R. Heidinger, B. A. Andreev et al. // Int. J. Infrared and Millimeter Waves. – 1995. – 16, N 5. – P. 863–877.
  27. Зеегер К. Физика полупроводников / К. Зеегер; пер. с англ. под ред. Ю. К. Пожела. – М.: Мир, 1977. – 616 C.
  28. Милнс А. Примеси с глубокими уровнями в полупроводниках / А. Милнс; пер. с англ. под ред. М. К. Шейнкмана. – М.: Мир, 1977. – 512 с.
  29. ПоплавкоЮ.М. Параметры полупроводников на микроволнах / Ю. М. Поплавко, В. А. Казмиренко // 23-я междунар. Крым. конф. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо'2013): материалы конф. – Севастополь: Вебер, 2013. – С. 750–751.
  30. Krupka J. Microwave and RF methods of contactless mapping of the sheet resistance and the complex permittivity of conductive materials and semiconductors / J. Krupka, D. Nguyen, J. Mazierska // Measurement Science and Technology. – 2011. – 22, N 8. – Paper 085703.
  31. Поликристаллический CVD-алмаз – новый диэлектрический материал для СВЧ-электроники / В. Г. Ральченко, В. И. Конов, В. В. Паршин и др. // 13-я междунар. Крым. конф. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо'2003): материалы конф. – Севастополь: Вебер, 2003. – С. 547–548.
  32. Electromagnetic properties of polycrystalline diamond from 35 K to room temperature and microwave to terahertz frequencies // J.-M. L. Floch, R. Bara, J. G. Hartnett et al. //   J. Appl. Phys. – 2011. – 109, N 9. – Paper 094103. – 6 p. 
  33. Гуревич В. Л. О собственных диэлектрических потерях в кристаллах. Низкие температуры / В. Л. Гуревич, А. К. Таганцев // Журн. эксперим. и теорет. физики. – 1986. – 91, № 1(7). – С. 245–261.
  34. Гуревич В. Л. О собственных диэлектрических потерях в кристаллах. Высокие температуры / В. Л. Гуревич, А. К. Таганцев // Журн. эксперим. и теорет. физики. – 1990. – 97, №. 4. – С. 1335–1345.
  35. Tropf W. J. Properties of Crystals and Glasses / W. J. Tropf, M. E. Thomas, T. J. Harris // Handbook of Optics / Ed. Michael Bass. – McGraw-Hill, 1995. – 2, Ch. 33 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: www/URL: http://photonics. intec.ugent.be/education/ivpv/res_handbook/ v2ch33.pdf. – Загл. с экрана.
  36. Microwave losses of undoped n-type silicon and undoped 4H-SiC single crystals at cryogenic temperatures / H. S. Jung, W. I. Yang, M. S. Cho et al. // Electronic Materials Letters. – 2014. – 10, N 3. – P. 541–549.
  37. Шкловский Б. И. Электронные свойства легированных полупроводников / Б. И. Шкловский, А. Л. Эфрос. – М.: Наука, 1979. – 416 c.
  38. Use of whispering-gallery modes and quasi-TE0np modes for broadband characterization of bulk gallium arsenide and gallium phosphide samples / J. Krupka, D. Mouneyrac, J. G. Hartnett, M. E. Tobar // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. – 2008. – 56, N 5. – P. 1201–1206.
  39. Ильченко В. С. Собственные СВЧ диэлектрические потери в alpha-Al2O3 при 300 – 1000 К / В. С. Ильченко // Физика твердого тела. – 1989. – 31, № 7. – C. 135–138.
  40. Диэлектрические потери в CVD-алмазах в миллиметровом диапазоне длин волн при температурах 300 – 900 К / В. В. Паршин, Б. М. Гарин, С. Е. Мясникова, А. В. Орленеков // Изв. вузов. Радиофизика. – 2004. – 47, № 12. – С. 1087–1095.
  41. Dielectric loss at millimeter range and temperatures 300 – 950 K, and electrophysical properties in diamonds grown by the arc plasma jet technology / B. M. Garin, V. I. Polyakov, A. I. Rukovishnikov et al. // PIERS 2014: Proc. – Guangzhou, 2014. – P. 2096–2099 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: www/URL: http://piers.org/piersproceedings/piers2014 Guangzhou.php. – Загл. с экрана.