ДАТЧИК БЛИЖНЕГО ПОЛЯ НА ОСНОВЕ КОМПЛАНАРНОГО ВОЛНОВОДА

Краткая аннотация:

Данная работа посвящена разработке датчика ближнего поля на основе компланарного волновода с рабочей частотой в 6.7 ГГц и балансным методом съема данных о зондируемом образце. Датчик был разработан совместно с аспирантом НИТУ МИСИС Гладиловичем Павлом Артемовичем, с использованием идеи заложенной в патент RU2688902C1 научного руководителя Шитова Сергея Витальевича. В последние годы ученые со всего мира заняты изучением возможностей ближнепольной СВЧ-микроскопии как сильно поглощающих сред, так и сред со слабым поглощением. Причиной подобного интереса является возможность преодоления фундаментального рэлеевского ограничения разрешающей способности в том случае, если переход в более высокочастотную область невозможен вследствие сильного поглощения зондируемой средой. Подобный эффект сверхразрешения был продемонстрирован в работах [1] и [2] в приложении к широкому спектру практических задач, связанных как с поверхностным зондированием (изучением структуры поверхности образца), так и с глубинным зондированием (изучением состава образца). Принцип функционирования различных ближнепольных микроскопов схож и заключается в использовании локального взаимодействия электромагнитных волн в диапазоне СВЧ с исследуемым образцом. Локальность этого взаимодействия продиктована размерами области чувствительности устройства, которая в большинстве случаев представлена в виде зонда различной геометрии. В данной работе представлена реализация ближнеполевого микроскопа с зондом на основе компланарного волновода, а методика сбора данных о поверхности основана на съеме разностного сигнала с земель компланара. Новизна данного датчика заключается в использовании дополнительной конструкции (моста) в купе с копланарным волноводом для съема разностного сигнала S21 вместо абсолютного через параметр S11. Результаты моделирования показали значительное превосходство в чувствительности предложенного метода над традиционным методом ближнепольной СВЧ-микроскопии (8.2 дБ против 0.6 дБ), а также способность различать симметричные неоднородности относительно оси симметрии копланарного волновода по фазе параметра пропускания. В результате проверки пропускания моста был сделан вывод, что модельные свойства структур не нарушаются в процессе производства (параметр пропускания S21 для моста на частоте 6.75 ГГц составил – 0.9 дБ в модели и – 1.8 дБ в изготовленной структуре). Результаты измерения показали возможность различия, с помощью параметра пропускания S21, структур из AL толщиной 20нм на расстоянии 30мкм от поверхности подложки из сапфира. 1 Reznik A.N. Quasistatics and electrodynamics of near-field microwave microscope // Journal Applied Physics – 2014. – V. 115. – No. 8. – Р. 125 – 127. 2 Gaikovich K.P., Gaikovich P.K. Inverse problem of near-field scattering in multilayer media // Inverse Problems – 2010. – V. 26. – No. 12. – Р. 180 – 190.