Optically controlled meta-dipoles (mini-resonators with semiconductor inclusions) for expresstests in microelectronics

Kraftmakher, G. A.; Butylkin, V. S.; Fisher, P. S.

doi:10.30898/1684-1719.2026.5.6

Abstract

An express method for identifying the dynamic characteristics of the photo-induced dielectric constant of semiconductors, depending on the power of the optical external influence, has been proposed and experimentally studied in the GHz range. This method is in demand in controlled microelectronics due to the variety of semiconductors and sources of photoirradiation in the context of the development of new technologies. The method is based on the use of meta-dipoles (mini-resonators), which are chiral multi-turn copper spirals that allow for the detection of small changes in the photo-induced dielectric constant of a semiconductor inclusion (of arbitrary shape and size) by measuring the changes in the depth and frequency of resonance during photo-irradiation in the GHz range, against the background of the frequency dependence of microwave transmission as a function of the irradiation power. A halogen lamp and a set of light filters are used as the irradiation source to determine the optimal wavelength of photo-irradiation. The method has been tested with basic high-resistance semiconductors such as GaAs, Si, CdS, and CdSe.

microwaves
half-wave meta-dipoles (mini-resonators)
semiconductor
photo-induced dielectric constant
halogen lamp
LIGHT filters
and photoirradiation

Аннотация (на русском)

Оптически-управляемые мета-диполи (мини-резонаторы с полупроводниковыми включениями) для экспресс-тестов в микроэлектронике

Предложен и экспериментально исследован в ГГц-диапазоне экспресс-метод идентификации динамических характеристик фотоиндуцированной диэлектрической проницаемости полупроводников в зависимости от мощности оптического внешнего воздействия, востребованный в управляемой микроэлектронике в связи с разнообразием полупроводников и источников фотооблучения в условиях развития новых технологий. Метод основан на применении мета-диполей (мини-резонаторов), представляющих собой киральную многозаходную медную спираль, которые позволяют фиксировать небольшие изменения фотоиндуцированной диэлектрической проницаемости полупроводникового включения (произвольной формы и размеров) измерениями в ГГц-диапазоне изменений глубины и частоты резонанса при фотооблучении в зависимости от мощности облучения на фоне частотной зависимости прохождения микроволн вне резонанса. В качестве источника облучения используется галогеновая лампа и набор светофильтров для выявления оптимальной длины волны фотооблучения. Метод апробирован с базовыми высокоомными полупроводниками GaAs, Si, CdS, CdSe.

For citation

Kraftmakher G.A., Butylkin V.S., Fisher P.S. Optically controlled meta-dipoles (mini-resonators with semiconductor inclusions) for expresstests in microelectronics // Journal of Radio Electronics. – 2026. – No. 5. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2026.5.6

References

Крафтмахер Г.А., Бутылкин В.С., Казанцев Ю.Н., Мальцев В.П., Фишер П.С. Трансформация микроволновых резонансных свойств метаструктур с CdS и CdSe при одно- и двухфотонном возбуждении // Письма в ЖЭТФ.- 2021. - Т.114. -№9. - С.586. https://doi.org/10.31857/S1234567821210023
Крафтмахер Г.А., Бутылкин В.С., Фишер П.С. Оптически- и магнитоуправляемые метадиполи на СВЧ// Физика твердого тела. - 2025. - Т.67. - Вып.1. - С.31. https://doi.org/10.61011/FTT.2025.01.59765.6-25
Каценеленбаум Б.З., Коршунова Е.Н., Сивов А.Н., Шатров А.Д. Киральные электродинамические объекты. // Успехи физических наук. - 1997. - Т.167. - №.11. - С.1201. https://doi.org/10.3367/UFNr.0167.199711c.1201
Kittel Charles. Theory of Solids, 1963. Willey. P. 435.
Бутылкин В.С., Крафтмахер Г.А, Фишер П.С. Не-друдеподобное поведение фотоиндуцированной диэлектрической проницаемости GaAs и Si в гигагерцовом диапазоне частот. // Поверхность. рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования - 2024 - Т. - №1 - С.41-47. https://doi.org/10.31857/S1028096024010062. EDN: DPGUGQ
Бутылкин В.С., Фишер П.С., Крафтмахер Г.А., Казанцев Ю.Н., Каленов Д.С., Мальцев В.П., Пархоменко М.П. Фотоиндуцированная микроволновая диэлектрическая проницаемость полупроводников: экситонный механизм // Радиотехника и электроника. - 2023. -Т.68. - №.2. - С. 152-156. https://doi.org/10.31857/S003384942302002X
Казанцев Ю.Н., Крафтмахер Г.А. Прозрачные металлические пленки в СВЧ. Отклонение от двумерной модели. // Физика металлов и металловедение. 1989. Т. 67, вып. 5. С. 902.