Главное


Особенности РИП, применяемых в микроволновой микроскопии

В настоящее время микроволновая сканирующая микроскопия достаточно широко применяется для исследования высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) [3 - 7]. Разрешающая способность МСМС для полупроводников и диэлектриков меньше чем для сверхпроводников [14 - 16].

Преимуществом микроволновой микроскопии перед туннельной и атомно-силовой является возможностью проводить исследование не только поверхности образца, но и приповерхностной объёмной области [14 - 16]. Размеры области определяются длиной волны используемого колебания, параметрами измерительной апертуры и образца. Однако современные научные работы имеют экспериментальный характер, без анализа характеристик РИП и оптимизации геометрии зонда для увеличения пространственного разрешения. Также в работах по данному направлению не уделяется должного внимания аспектам трёхмерного исследования объектов с помощью МСМС.

Измерительные преобразователи, применяемые в МСМС, ввиду необходимости высокой разрешающей способности измерений, относятся к дифференциальным (локальным) ИП. Блок-схема микроволнового микроскопа содержит измерительный преобразователь, исследуемый образец, компьютерную систему обработки информации и позиционирования образца, устройство вывода и устройство позиционирования образца (рис. 1.5).

Рис. 1.5. Блок-схема микроволнового микроскопа

Для достижения высокой чувствительности, в качестве измерительных преобразователей для МСМС, широко используются РИП [12]. Образец и зонд (РИП) образуют электродинамическую систему. Причём относительные изменения частоты () и добротности () зонда однозначно связаны с электрофизическими параметрами образца.

Ранние схемы МСМС [14 - 19] применяли чисто четвертьволновые коаксиальные резонаторы (рис. 1.4, д). Присутствие образца изменяет параметры РИП. При приближении образца к зонду ёмкость увеличивается, а резонансная частота уменьшается. В конечном счете, при замыкании образца с зондом, четвертьволновый резонатор превращается в полуволновый (в случае проводящего образца). При этом наибольший уход частоты равен разности частот четвертьволнового и полуволнового резонаторов.

Для коаксиального РИП с заострённым щупом, который является продолжением центральной жилы коаксиального волновода, наблюдается эффект «громоотвода» [19]. Данный эффект состоит в высокой концентрации электрического поля на острие. Это позволяет увеличить пространственное разрешение зонда. Явление обусловливается обратно пропорциональной зависимостью напряжённости электрического поля от радиуса острия проводника, аналогично электростатическому случаю. Практически используются РИП с радиусом острия центральной жилы 250 мкм [19].

Недостаток данной конструкции состоит в значительных излучательных потерях, а, следовательно, малой разрешающей способностью и низкой добротности.

Дальнейшее усовершенствование РИП происходило в направлении создания конструкций с большей локализации электрического поля [68, 69]. Это достижимо закороткой РИП со второй стороны при сохранении малого отверстия для центральной жилы (рис. 1.6, а).

Данная конструкция позволяет лишь небольшому участку образца, находящемуся под щупом (выводом РИП), создавать возмущение резонатора. Такое технологическое решение позволило минимизировать влияние дальнего поля и достичь разрешающей способности для диэлектрического образца порядка 1 мкм .

Перейти на страницу: 1 2

Другие статьи по теме

Исследование алгоритма оценивания стохастических динамических систем
Целью данной работы является исследование алгоритма оценивания стохастических динамических систем называемого Фильтром Калмана. Задачей работы помимо исследования алгоритма является реа ...

Генератор линейно-изменяющихся напряжений
Генераторы синусоидального напряжения отличаются тем, что у них цепь обратной связи имеет резонансные свойства. Поэтому условия возникновения колебаний выполняются только на одной частот ...

Моделирование и оценка производительности работы защищенных каналов в корпоративных сетях
В первое поколение (1945-1954) развития компьютерной техники, Клод Шеннон (создатель теории информации), Алан Тьюринг (математик, разработавший теорию программ и алгоритмов) и Джон фон Н ...

www.techspirit.ru © 2020