本文關(guān)鍵詞：石墨烯薄膜高頻介電特性的測量研究

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【摘要】：隨著微波技術(shù)的日益發(fā)展,微波材料已廣泛應(yīng)用于多個領(lǐng)域,如能源、通信、生物醫(yī)藥、電子等。電子元器件的發(fā)展越來越趨于集成化和薄膜化,新型功能性薄膜材料正在廣泛地研制和應(yīng)用。微波材料電磁特性的研究和測量已成為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的重要組成部分。準確的測量功能薄膜材料的電磁特性,對其在工程實踐中的應(yīng)用具有十分重要的意義。目前,國內(nèi)外測量材料電磁特性的方法有傳輸線法、諧振腔法、四探針法等。傳輸線法和諧振腔法需要特定尺寸的樣品,不能測量微納米結(jié)構(gòu)的薄膜樣品,且測試過程中不同程度的損壞樣品。四探針法不能測量樣品的高頻特性。因此,迫切需要一種可以無損測量微納米結(jié)構(gòu)材料的測量方法。本文基于近場微波掃描顯微鏡的原理,搭建了一種無損高效測量材料高頻介電特性的一套系統(tǒng)。近場微波掃描顯微鏡是利用探針靠近樣品時,探測諧振腔的品質(zhì)因數(shù)或諧振頻率的偏移量,然后通過軟件仿真探針樣品模型的方法得到樣品的介電常數(shù)、電導(dǎo)率等物理量。本文通過對幾種不同諧振腔結(jié)構(gòu)進行分析,該系統(tǒng)選取λ/4的同軸諧振腔作為測試核心部分,并對使用HFSS對諧振腔仿真,確定諧振腔中探針和天線尺寸。接著推導(dǎo)了諧振腔中材料微擾的計算公式,并引出近場掃描顯微鏡中定量測量介電常數(shù)的理論公式和電導(dǎo)率的理論公式。采用沉積法制備硅基氧化石墨烯樣品,然后用高溫?zé)徇�原的方法得到不同溫度的硅基石墨烯薄膜樣品�；趫D形化界面軟件Lab VIEW軟件平臺,開發(fā)了近場掃描微波顯微鏡兩個測試模式的控制系統(tǒng)。最后,使用基于有限元法,對探針樣品的電磁場模型進行研究。分析了不同探針靠近樣品過程中,周圍場能量的變化分布;及不同性質(zhì)材料對場能量的變化趨勢。本文采用帶有探針的λ/4的同軸諧振腔的近場掃描微波顯微鏡系統(tǒng),以其微波能量在探針近場區(qū)域具有高靈敏度和高空間分辨率的特點,利用薄膜樣品在探針近場區(qū)域引起的電磁反應(yīng),無損高效地測量了微納米結(jié)構(gòu)薄膜的高頻電磁特性。
【關(guān)鍵詞】：近場掃描微波顯微鏡 電磁特性 石墨烯薄膜
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O484
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-14
• 1.1 課題立項背景10-11
• 1.2 NSMM系統(tǒng)的基本描述11
• 1.3 高頻介電特性測量方法11-13
• 1.3.1 傳輸法12
• 1.3.2 諧振腔法12-13
• 1.4 本課題主要工作和創(chuàng)新點13-14
• 第二章 NSMM系統(tǒng)的定量分析理論14-29
• 2.1 材料復(fù)介電常數(shù)的介紹14-15
• 2.2 同軸諧振腔15-22
• 2.2.1 同軸線中的場15-18
• 2.2.2 同軸線尺寸選擇規(guī)則18-19
• 2.2.3 同軸諧振腔結(jié)構(gòu)及其主要特性參數(shù)19-22
• 2.3 同軸諧振腔的仿真分析22-25
• 2.4 諧振腔材料微擾理論25-26
• 2.5 NSMM系統(tǒng)中定量測量理論26-28
• 2.5.1 介電常數(shù)的定量測量26-27
• 2.5.2 電導(dǎo)率的定量測量27-28
• 2.6 本章小結(jié)28-29
• 第三章 石墨烯薄膜的沉積法制備與表征29-34
• 3.1 石墨烯薄膜制備29-30
• 3.1.1 硅片預(yù)處理29-30
• 3.1.2 沉積法制備石墨烯薄膜30
• 3.2 石墨烯的表征方法30-32
• 3.2.1 掃描電鏡法30-31
• 3.2.2 傅立葉紅外光譜法31
• 3.2.3 原子力顯微鏡法31
• 3.2.4 光學(xué)顯微鏡法31-32
• 3.3 硅基石墨烯樣品32-33
• 3.4 本章小結(jié)33-34
• 第四章 近場掃描微波顯微鏡34-51
• 4.1 近場掃描微波顯微鏡的硬件部分34-37
• 4.1.1 諧振腔34-35
• 4.1.2 探針35-37
• 4.1.3 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀37
• 4.1.4 位移部分37
• 4.1.5 其它部件37
• 4.2 近場掃描微波顯微鏡系統(tǒng)的軟件部分37-50
• 4.2.1 Lab View編程介紹37-40
• 4.2.2 NSMM系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)框架40-50
• 4.3 本章小結(jié)50-51
• 第五章 石墨烯薄膜微波近場掃描測試實驗51-64
• 5.1 NSMM系統(tǒng)測試51-54
• 5.1.1 單點測試51-52
• 5.1.2 面測試52-53
• 5.1.3 石墨烯薄膜的近場測量53-54
• 5.2 四探針法測量54-56
• 5.3 探針樣品仿真模型56-57
• 5.3.1 COMSOL Multiphysics簡介56
• 5.3.2 探針樣品模型56-57
• 5.4 介質(zhì)特性的定量分析57-60
• 5.5 石墨烯的NSMM成像60-63
• 5.6 本章小結(jié)63-64
• 第六章 結(jié)論與展望64-66
• 致謝66-67
• 參考文獻67-70
• 附圖 170-71
• 附圖 271-73
• 攻碩時期獲得的研究成果73-74

【相似文獻】

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