И. В. ВОРОНИН, С. А. ГОРБАТОВ, А. В. ЛОПАТИН,
В. Ф. ПЕТРУНИН, Н. Г. РЫВКИНА, И. А. ЧМУТИН
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
АНИЗОТРОПИЯ СВОЙСТВ НАПЫЛЕННЫХ
НАНОСЛОЕВ В СВЧ-ОБЛАСТИ
Напыленные на диэлектрическую подложку нанослои находят широкое применение в различных отраслях техники, в том числе СВЧ-технике.
В частности, в нашем случае они применяются в качестве одного из функциональных слоев многослойного радиопоглощающего материала. Для регулирования уровня радиопоглощения в той или иной области СВЧ-спектра необходимо знать диэлектрическую (e) и магнитную (m) проницаемость нанослоев.
В комплексном виде:
e = e' – je",
m = m' – jm".
Магнетронным напылением получены однородные слои металлов, окислов металлов, а также многослойные системы металлы-окислы металлов. Общие толщины напыленных покрытий имели несколько значений в пределах величин 0,07 до 0,2 мкм.
Измеряли коэффициенты отражения и прохождения по рупорной методике и диэлектрическую и магнитную проницаемости резонансным методом.
Нашли, что для однородных нанопокрытий e' и e" изотропны и в области частот 2,6¸37,0 ГГц снижаются от 2000 до 400 для e' и от 1000 до 150 для e". Для разнородных нанослоев системы металл-окислы металлов нашли анизотропию значений как e', так и e" в двух взаимно перпендикулярных направлениях доходящей до 2 раз. С увеличением частоты e'(//) меняется от 30000 до 3300, e'(^) – от 14000 до 2400, а e"(//) – от 78000 до 11000, e"(^) – от 59000 до 5200.
Магнитные свойства измерить резонансным способом не удалось из-за недостаточной толщины нанопокрытий.
Исследование нанослоев на оптическом и атомно-силовом микроскопах показало, что как однородные так разнородные нанослои не имеют явно выраженной структурной анизотропии.
Известно, что e" зависит от проводимости s слоя по следующей формуле:
e" = jkls,
где k = 1/2pсe0; s – электропроводность слоя; l – длина волны излучения; с – скорость света; e0 – диэлектрическая проницаемость.
При измерении проводимости нанослоев в двух взаимно перпендикулярных направлениях нашли, что в пределах погрешности 20%, проводимость не изменяется.
Предполагаемые причины анизотропии в разнородной системе заключается, по-видимому, в ориентации частиц в магнитном поле магнетрона. При однородных слоях за счет миграции по поверхности и взаимодействия однородных частиц между собой, ориентация сводится к минимуму. При осаждении частиц другого вида на напыленную поверхность происходит затруднение миграции по этой поверхности из-за структурного и энергетического несоответствия напыленного нанослоя и частиц другого вида. В результате энергетически более выгодным становится ориентация частиц в поле магнетрона.
Для подтверждения указанного механизма был специально изготовлен образец с слоем из композитного материала на основе порошка сплава НК-29 (с размером наночастиц ~ 60 нм). Слой толщиной ~ 7 мкм наносили воздушным распылением, на диэлектрическую подложку и определяли e', e" до и после ориентации в поле постоянного магнита, так, что преимущественно вектор намагниченности находился в плоскости слоя. Нашли, что в диапазоне частот 5,6¸14,8 ГГц до ориентации e' изменяется от 7000 до 3500, а e" – от 6300 до 2300, причем эти параметры не зависели от положении образца в СВЧ-поле, после ориентации – e' и e" сохранили свои значения в (//) направлении, а в направлении (^) e' изменился от 2100 до 6600, а e" – от 2500 до 8000. Т. о. при ориентации не только возросли значения e" и e', но e" стал больше e'.
Список литературы
1., Лифшиц сплошных сред. М.: Наука. 1982. С.37‑44.
2.Бреховских в слоистых средах. Изд. АН СССР. 1957. С.502.
