ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. eISSN 1684-1719. 2025. №11

УДК: 539.216.2; 621.372; 538.935; 538.975; 537.874

НОВЫЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ СВЧ КОЭФФИЦИЕНТОВ ОТРАЖЕНИЯ,

ПРОХОЖДЕНИЯ И ПОГЛОЩЕНИЯ УЛЬТРАТОНКИХ

МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК

В.А. Вдовин, И.И. Пятайкин

Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН,

125009, г. Москва, ул. Моховая, д. 11, стр. 7

Статья поступила в редакцию 14 ноября 2025 г.

Аннотация. Предложен новый метод измерения микроволновых коэффициентов ультратонких пленок металлов, основанный на использовании пластин слюды микронной толщины в качестве подложек. При измерении указанных коэффициентов данным методом подложка с напыленной на нее пленкой прикрепляется к фланцу волновода таким образом, чтобы металлическая пленка полностью перекрывала просвет волновода. Проведено сравнение результатов измерений, получаемых с использованием данного подхода с результатами, получаемыми с помощью методики, в которой стеклянная подложка с металлической пленкой закрепляется внутри волновода с помощью упругих крупиц радиопрозрачного полиэтилена. Установлено, что результаты измерений по новой технологии гораздо лучше согласуются с предсказаниями существующей теории, чем результаты измерений с использованием стеклянных подложек. Сделан вывод, что обнаруженные ранее аномалии хода СВЧ коэффициентов металлических пленок в области их толщин, больших 10-25 нм, связаны с неплотным прилеганием стеклянной подложки с пленкой к стенкам волновода.

Ключевые слова: ультратонкие медные пленки, СВЧ коэффициенты отражения и прохождения, СВЧ коэффициент поглощения, согласование импедансов, классический размерный эффект.

Финансирование: Работа выполнена в рамках темы «Пика» государственного задания ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН.

Автор для переписки: Вдовин Владимир Александрович, vdv@cplire.ru

Литература

1. Kaplan A.E. Metallic nanolayers: a sub-visible wonderland of optical properties // Journal of the Optical Society of America B. – 2018. – Т. 35. – №. 6. – С. 1328-1340. https://doi.org/10.1364/JOSAB.35.001328

2. Каплан А.Е. Об отражательной способности металлических пленок в СВЧ- и радиодиапазоне // Радиотехника и электроника. – 1964. – Т. 9. – №. 10. – С. 1781 – 1787.

3. Пятайкин И.И. Расчет толщины висмутовых нанослоев, согласованных с характеристическим импедансом поля двух встречных электромагнитных волн // Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. – 2021. – №. 10. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2021.10.1

4. Kaplan A.E., Zeldovich B.Y. Free-space terminator and coherent broadband blackbody interferometry // Optics letters. – 2006. – Т. 31. – №. 3. – С. 335 – 337. https://doi.org/10.1364/OL.31.000335

5. Вдовин В.А. и др. Оптические коэффициенты пленок меди нанометровой толщины в диапазоне 9–11 GHz // Оптика и спектроскопия. – 2019. – Т. 127. – №. 5. – С. 834 – 840. https://doi.org/10.21883/OS.2019.11.48524.132-19

6. Андреев В.Г. и др. Измерение оптических коэффициентов нанометровых металлических пленок на частоте 10 ГГц // Журнал радиоэлектроники. – 2017. – №. 11. – С. 1 – 15. URL: http://jre.cplire.ru/jre/nov17/17/text.pdf

7. Андреев В.Г., Вдовин В.А., Глазунов П.С., Пятайкин И.И., Пинаев Ю.В. Влияние толщины диэлектрической подложки на поглощающие и просветляющие свойства ультратонких пленок меди // Оптика и спектроскопия. – 2022. – Т. 130. – №. 9. – С. 1410 – 1416. https://doi.org/10.21883/OS.2022.09.53304.3539-22

8. Krastev E.T., Voice L.D., Tobin R.G. Surface morphology and electric conductivity of epitaxial Cu (100) films grown on H‐terminated Si (100) // Journal of applied physics. – 1996. – Т. 79. – №. 9. – С. 6865 – 6871. https://doi.org/10.1063/1.361508

9. Khorin I. et al. Optical coefficients of nanometer-thick copper and gold films in microwave frequency range // International Conference on Micro- and Nano-Electronics 2016. – Proc. SPIE, 2016. – Т. 10224. – С. 1022407-1 – 1022407-7. https://doi.org/10.1117/12.2266504

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

11. Mayadas A.F., Shatzkes M., Janak J.F. Electrical resistivity model for polycrystalline films: the case of specular reflection at external surfaces // Applied Physics Letters. – 1969. – Т. 14. – №. 11. – С. 345-347. https://doi.org/10.1063/1.1652680

12. Mayadas A.F., Shatzkes M. Electrical-resistivity model for polycrystalline films: the case of arbitrary reflection at external surfaces // Physical review B. – 1970. – Т. 1. – №. 4. – С. 1382-1389. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.1.1382

13. Sambles J.R., Elsom K.C., Jarvis D.J. The electrical resistivity of gold films // Philosophical transactions of the Royal Society of London. Series A, mathematical and physical sciences. – 1982. – Т. 304. – №. 1486. – С. 365-396. https://doi.org/10.1098/rsta.1982.0016

14. Camacho J.M., Oliva A.I. Surface and grain boundary contributions in the electrical resistivity of metallic nanofilms // Thin solid films. – 2006. – Т. 515. – №. 4. – С. 1881-1885. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2006.07.024

15. Пятайкин И.И. Влияние внутреннего размерного эффекта в поликристаллических пленках металлов на коэффициенты отражения, прохождения и поглощения в них электромагнитных волн СВЧ диапазона // Журнал радиоэлектроники. – 2020. – №. 10. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2020.10.5

16. Barmak K. et al. Surface and grain boundary scattering in nanometric Cu thin films: A quantitative analysis including twin boundaries // Journal of Vacuum Science & Technology A. – 2014. – Т. 32. – №. 6. – С. 061503-1 – 061503-7. https://doi.org/10.1116/1.4894453

17. Gall D. Electron mean free path in elemental metals // Journal of applied physics. – 2016. – Т. 119. – №. 8. – С. 085101-1 – 085101-5. https://doi.org/10.1063/1.4942216

Для цитирования:

Вдовин В.А., Пятайкин И.И. Новый метод измерения СВЧ коэффициентов отражения, прохождения и поглощения ультратонких металлических пленок // Журнал радиоэлектроники. – 2025. – №. 11. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.11.36