nguphysСибирский физический журналSIBERIAN JOURNAL OF PHYSICS2541-9447Новосибирский государственный университет10.25205/2541-9447-2020-15-2-5-13nguphys-133Research ArticleРАДИОФИЗИКА И ЭЛЕКТРОНИКАRADIOPHYSICS AND ELECTRONICSВзаимосвязь оптических коэффициентов сверхтонких металлических пленок и геометрических параметров морфологии их поверхностейThe Interrelation between the Optical Coefficients of Ultrathin Metal Films and Their Geometric Parameters of Surface MorphologyМазиновА. С.MazinovA. S.

Мазинов Алим Сеит-Аметович, кандидат технических наук, доцент кафедры радиофизики и электроники

Симферополь

 

Alim S. Mazinov, PhD, assoc. professor of the Department of Radiophysics and Electronics

mazinovas@cfuv.ruКрымский федеральный университет им. В. И. ВернадскогоРоссияV. I. Vernadsky Crimean Federal UniversityRussian Federation202013042021152513Copyright © Мазинов А.С., 20212021Мазинов А.С.Mazinov A.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://nguphys.elpub.ru/jour/article/view/133

Приведены теоретические и экспериментальные данные по исследованию оптических коэффициентов взаимодействия электромагнитных волн сверхвысокочастотного диапазона 2–4,5 ГГц и их взаимосвязи с толщинами проводящих плёнок на примере алюминия. Показано, что преобразование рельефа тонкопленочной структуры при увеличении объемной массы осажденного материала обуславливает увеличение шероховатости поверхности с максимумом на 7 нанометрах. Замечательным является тот факт, что именно при данных толщинах исследуемых пленок в эксперименте достигается максимум поглощения падающей электромагнитной волны. При этом теоретический расчет коэффициентов отражения, пропускания и поглощения показал максимальное поглощение падающей волны на толщинах 5 нм. Отличие экспериментальных и теоретических значений коэффициента поглощения объясняется неидеальностью геометрии сверхтонких проводящих поверхностей. Сама же пленка при толщине от 1 нм до 10 нм формируется в виде отдельных наноостровков.

Abstract

The theoretical and experimental data on the study of the optical coefficients of electromagnetic waves in the super high frequency range 2–4,5 GHz and their relationship with the thickness of the conductive films by the example of aluminum are presented. It is showed that transformation of the relief of a thin-film structure with an increase in the bulk mass of the deposited material causes an increase in surface roughness with a maximum of 7 nanometers. It is worth noting that exactly for these thicknesses of the studied films the maximum absorption of the incident electromagnetic wave is experimentally achieved. Meanwhile, a theoretical calculation of the reflection, transmission and absorption coefficients showed the maximum absorption of the incident wave at a thickness of 5 nm. The difference between the experimental and theoretical values of the absorptivity is explained by the non-ideal geometry of ultrathin conductive surfaces. At the thicknesses from 1 nm to 10 nm the film itself is formed in the form of separate nanoislands.

оптические коэффициентыэлектромагнитное взаимодействиесверхтонкие структурыметаллические пленкиoptical coefficientselectromagnetic interactionultrathin structuresmetal filmsReferencesEmdadul Huq Minhaj, Shahara Rahman Esha, Md. Mohsinur Rahman Adnan, Tuhin Dey. Impact of Channel Length Reduction and Doping Variation on Multigate FinFETs. In: Advancement in Electrical and Electronic Engineering (ICAEEE) 2018, International Conference, 2018, p. 1–4.Emdadul Huq Minhaj, Shahara Rahman Esha, Md. Mohsinur Rahman Adnan, Tuhin Dey. Impact of Channel Length Reduction and Doping Variation on Multigate FinFETs. In: Advancement in Electrical and Electronic Engineering (ICAEEE) 2018, International Conference, 2018, p. 1–4.Silva T. I., Soares K. P., Pereira I. M., Calheiros L. F., Soares B. G. Evaluation of Epoxy Resin Composites in Multilayer Structure for Stealth Technology. J. Aerosp. Technol. Manag., 2019, no. 11, Special ed., p. 37–40.Silva T. I., Soares K. P., Pereira I. M., Calheiros L. F., Soares B. G. Evaluation of Epoxy Resin Composites in Multilayer Structure for Stealth Technology. J. Aerosp. Technol. Manag., 2019, no. 11, Special ed., p. 37–40.Maa Y., Zhoua Y. Y., Qia C., Suna Y., Zhanga Y., Liu Y. Microwave absorption coating based on assemblies of magnetic nanoparticles for enhancing absorption bandwidth and durability. Progress in Organic Coatings, 2020, no. 141, p. 105538.Maa Y., Zhoua Y. Y., Qia C., Suna Y., Zhanga Y., Liu Y. Microwave absorption coating based on assemblies of magnetic nanoparticles for enhancing absorption bandwidth and durability. Progress in Organic Coatings, 2020, no. 141, p. 105538.Nimtz G., Panten U. Broad band electromagnetic wave absorbers designed with nano-metal films. Ann. Phys., 2010, no. 19, p. 53–59.Nimtz G., Panten U. Broad band electromagnetic wave absorbers designed with nano-metal films. Ann. Phys., 2010, no. 19, p. 53–59.Sucheng Li, Shahzad Anwar, Weixin Lu, Zhi Hong Hang, Bo Hou, Mingrong Shen, ChinHua Wang. Microwave absorptions of ultrathin conductive films and designs of frequencyindependent ultrathin absorbers. AIP advances, 2014, no. 4, p. 017130.Sucheng Li, Shahzad Anwar, Weixin Lu, Zhi Hong Hang, Bo Hou, Mingrong Shen, ChinHua Wang. Microwave absorptions of ultrathin conductive films and designs of frequencyindependent ultrathin absorbers. AIP advances, 2014, no. 4, p. 017130.Антонец И. В., Котов Л. Н., Некипелов С. В., Карпушов Е. Н. Проводящие и отражающие свойства тонких металлических пленок // Журнал технической физики. 2004. Т. 74, вып. 11. С. 102–106.Antonets I. V., Kotov L. N., Nekipelov S. V., Karpushov E. N. Conducting and Reflecting Properties of Thin Metal Films. Journal of Technical Physics, 2004, vol. 74, no. 11, p. 102–106. (in Russ.)Андреев В. Г., Вдовин В. А. Измерение оптических коэффициентов нанометровых металлических пленок на частоте 10 ГГц // Журнал радиоэлектроники. 2017. № 11. С. 1–15.Andreev V. G., Vdovin V. A. Measurement of optical coefficients of nanometer metal films at a frequency of 10 GHz. Journal of Radioelectronics, 2017, no. 11, p. 1–15. (in Russ.)Abegunde O. O, Akinlabi1 E. T., Oladijo O. P., Akinlabi1 S., Ude A. U. Overview of thin film deposition techniques. AIMS Materials Science, 2019, vol. 6 (2), p. 174–199.Abegunde O. O, Akinlabi1 E. T., Oladijo O. P., Akinlabi1 S., Ude A. U. Overview of thin film deposition techniques. AIMS Materials Science, 2019, vol. 6 (2), p. 174–199.Старостенко В. В., Мазинов А. С., Фитаев И. Ш., Таран Е. П., Орленсон В. Б. Динамика формирования поверхности проводящих пленок алюминия на аморфных подложках // Прикладная физика. 2019. Вып. 4. С. 60–65.Starostenko V. V., Mazinov A. S., Fitaev I. Sh., Taran E. P., Orlenson V. B. Forming surface dynamics of conductive aluminum films deposited on amorphous substrates. Applied Physics, 2019, no. 4, p. 60–65. (in Russ.)Арсеничев С. П., Григорьев Е. В., Зуев С. А., Старостенко В. В., Таран Е. П., Фитаев И. Ш. Дифракция электромагнитного излучения на тонких проводящих пленках металлодиэлектрических структур в прямоугольном волноводе // Электромагнитные волны и электронные системы. 2017. Т. 22, № 2. С. 48–53.Arsenichev S. P., Grigoryev E. V., Zuev S. A., Starostenko V. V., Taran E. P., Fitaev I. Sh. Diffraction of electromagnetic radiation on thin conductive films of metal-dielectric structures in a rectangular waveguide. Electromagnetic waves and electronic systems, 2017, vol. 22, no. 2, p. 48–53. (in Russ.)Коропов А. В. Морфологическая устойчивость островков малых размеров при осаждении вещества на поверхности кристалла // Физика твердого тела. 2008. Т. 50, вып. 11. С. 2093–2097.Koropov A. V. Morphological stability of small islands during the deposition of matter on the crystal surface. Solid State Physics, 2008, vol. 50, no. 11, p. 2093–2097. (in Russ.)Zhigalsky G. P., Jones B. K. The Physical Properties of Thin Metal Films. Taylor&Francis, 2003, 232 p.Zhigalsky G. P., Jones B. K. The Physical Properties of Thin Metal Films. Taylor&Francis, 2003, 232 p.Горшков М. М. Эллипсометрия. М.: Сов. радио, 1973. 200 с.Gorshkov M. M. Ellipsometry. Moscow, Sovetskoe Radio Publ., 1973, 200 p. (in Russ.)Fitaev I. S., Orlenson V. B., Romanets Y. V., Mazinov A. S. Surface topologies of thin aluminum films and absorbing properties of metal dielectric structures in the microwave range. In: ITM Web of Conferences, 2019, vol. 30. DOI 10.1051/itmconf/20193008013Fitaev I. S., Orlenson V. B., Romanets Y. V., Mazinov A. S. Surface topologies of thin aluminum films and absorbing properties of metal dielectric structures in the microwave range. In: ITM Web of Conferences, 2019, vol. 30. DOI 10.1051/itmconf/20193008013Moharam M. G., Grann E. B., Pommet D. A. Formulation for stable and efficient implementation of the rigorous coupled-wave analysis of binary gratings J. Opt. Soc. Am. A, 1995, vol. 12, no. 5, p. 1068–1076.Moharam M. G., Grann E. B., Pommet D. A. Formulation for stable and efficient implementation of the rigorous coupled-wave analysis of binary gratings J. Opt. Soc. Am. A, 1995, vol. 12, no. 5, p. 1068–1076.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.