СВЧ фотонный кристалл с электрически управляемыми характеристиками и возможность его использования в ближнеполевом сканирующем СВЧ-микроскопе тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.03, кандидат наук Евтеев Сергей Геннадиевич

• Евтеев Сергей Геннадиевич
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Евтеев Сергей Геннадиевич

ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ СВЧ ФОТОННЫХ КРИСТАЛЛОВ С УПРАВЛЯЕМЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ МАТЕРИАЛОВ

2 ИССЛЕДОВАНИЕ АМПЛИТУДНО-ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЗОНДА БЛИЖНЕПОЛЕВОГО СВЧ-МИКРОСКОПА В ВИДЕ РЕЗОНАНСНОЙ ДИАФРАГМЫ С РЕЗОНАТОРОМ НА ОСНОВЕ ВОЛНОВОДНОГО ФОТОННОГО КРИСТАЛЛА С НАРУШЕНИЕМ ПЕРИОДИЧНОСТИ

2.1 Компьютерное моделирование амплитудно-частотных характеристик зонда ближнеполевого СВЧ-микроскопа в виде резонансной диафрагмы с резонатором на основе волноводного фотонного кристалла с нарушением периодичности

2.2 Экспериментальное исследование амплитудно-частотных характеристик зонда ближнеполевого СВЧ-микроскопа в виде резонансной диафрагмы с резонатором на основе волноводного фотонного кристалла с нарушением периодичности

2.3 Компьютерное моделирование АЧХ зонда ближнеполевого СВЧ-микроскопа в виде резонансной диафрагмы с резонатором на основе волноводного фотонного кристалла с нарушением периодичности с измеряемым образцом

2.4 Экспериментальное исследование АЧХ зонда ближнеполевого СВЧ-микроскопа в виде резонансной диафрагмы с резонатором на основе волноводного фотонного кристалла с нарушением периодичности с измеряемым образцом

3 ИССЛЕДОВАНИЕ АМПЛИТУДНО-ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ВОЛНОВОДНЫХ ФОТОННЫХ СТРУКТУР НА ОСНОВЕ РЕЗОНАСНЫХ ДИАФРАГМ

3.1 Структура фотонных кристаллов на основе резонансных диафрагм и результаты компьютерного моделирования

3.2 Экспериментальное исследование волноводных фотонных структур на основе резонансных диафрагм

3.2.1 Фотонный кристалл на основе металлических диафрагм без диэлектрических

подложек

3.2.2 Фотонный кристалл на основе металлических диафрагм на сплошных

диэлектрических подложках

3.2.3 Фотонный кристалл на основе металлических диафрагм на диэлектрических

подложках со сквозными щелями

4 ВОЛНОВОДНЫЕ ФОТОННЫЕ КРИСТАЛЛЫ НА РЕЗОНАСНЫХ ДИАФРАГМАХ С УПРАВЛЯЕМЫМИ N—I—Р—I—А-ДИОДАМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ

4.1 Конструкция фотонного кристалла на резонансных диафрагмах с характеристиками, управляемыми н-1-р-1-н-диодами, и результаты компьютерного моделирования

4.2 Экспериментальное исследование фотонного кристалла на основе резонансных диафрагм с неоднородностью в виде н-1-р-1-п-структуры

5 ВОЛНОВОДНЫЕ ФОТОННЫЕ КРИСТАЛЛЫ НА РЕЗОНАНСНЫХ ДИАФРАГМАХ С УПРАВЛЯЕМЫМИ А-1-Р-1-А-ДИОДАМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ В СХЕМЕ С У-

ЦИРКУЛЯТОРОМ

5.1 Модель фотонного кристалла на основе волновода с диэлектрическим заполнением

5.2 Результаты экспериментального исследования фотонного кристалла на основе волновода с диэлектрическим заполнением

5.3 Модель фотонного кристалла на резонансных диафрагмах с управляемыми n—i—p—i—n-диодaми характеристиками в схеме на отражение с У-циркулятором

5.4 Результаты компьютерного моделирования характеристик фотонного кристалла на резонансных диафрагмах с управляемыми п^-р^-п-диодами характеристиками в схеме на отражение с У-циркулятором

5.5 Результаты экспериментального исследования фотонного кристалла на резонансных диафрагмах с управляемыми n-i-p-i-п-диодами характеристиками в схеме на отражение с У-циркулятором

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

3

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «СВЧ фотонный кристалл с электрически управляемыми характеристиками и возможность его использования в ближнеполевом сканирующем СВЧ-микроскопе»

ВВЕДЕНИЕ

СВЧ периодические структуры, называемые СВЧ брэгговскими структурами или СВЧ фотонными кристаллами, привлекают интерес исследователей в связи с перспективой создания устройств с уникальными характеристиками в СВЧ диапазоне: измерительных устройств, согласованных нагрузок, различного типа фильтров и других [1-9].

Для объяснения физики распространения электромагнитных волн используется описание, математически аналогичное для описания свойств кристаллов в квантовой теории твердого тела и твердотельной электронике. Таким образом, физика волноводных фотонных кристаллов представляет собой стык радиофизики и твердотельной электроники. Искомыми и исследуемыми характеристиками являются характеристики, принятые в радиофизике, а в качестве модельных представлений используются понятия, принятые в твердотельной электронике.

В качестве периодических элементов в брэгговских структурах различными авторами использовались, в частности, диэлектрические слои, отрезки микрополосковых, копланарных, щелевых и волноводно-щелевых линии с изменяющимися геометрическими размерами [1, 5, 10-16].

Периодические структуры на основе резонаторов предназначались для использования в качестве замедляющих систем в вакуумных СВЧ-приборах, обеспечивающих оптимальное взаимодействие электронного потока с электромагнитной волной [17, 18]. Разновидностью структур, обладающих запрещенной фотонной зоной, является микрополосковая структура кольцевого типа, в которой реализуется многократное отражение от неоднородности с введенной индуктивностью, шунтирующей емкостной разрыв в верхней полоске микрополосковой линии [19, 20]. Фотонный кристалл с периодической структурой из кольцевых резонаторов, сформированных на поверхности сегнетоэлектрической гетероструктуры, описан в [21].

При наличии дефекта в брэгговской структуре в её запрещенной зоне может возникать примесная мода колебаний [22, 23]. При изменении параметров нарушений изменяется частотное положение примесной моды [13, 15, 21, 24-29].

Известно, что резонансные волноводные диафрагмы являются часто применяемыми элементами конструкции аттенюаторов и выключателей на р-I-п-диодах. Использование резонансной диафрагмы в качестве элемента фотонного кристалла может позволить установить новые специфические свойства такого рода систем и возможности их практического использования.

Наличие явно выраженных запрещенных зон на характеристиках СВЧ фотонных кристаллов позволяет использовать их в качестве полосовых фильтров заграждения, однако вне полосы заграждения, то есть в области разрешенных зон, коэффициент прохождения имеет «изрезанную», то есть частотно зависимую характеристику. Фотонные кристаллы с нарушением периодичности структуры позволяют реализовать узкополосные фильтры пропускания [25], однако при реализации узкополосных фильтров заграждения на основе фотонных кристаллов с малой шириной запрещенной зоны коэффициент ослабления в полосе заграждения незначителен.

В случае реализации системы на основе фотонных кристаллов с плоской разрешенной зоной, то есть зоной, характеризующейся частотно-независимым коэффициентом прохождения электромагнитной волны близким к единице, могут быть созданы узкополосные фильтры заграждения, обладающие вне полосы заграждения частотно-независимым коэффициентом прохождения близким к единице.

Важным свойством фотонного кристалла является высокий коэффициент отражения электромагнитной волны от фотонного кристалла в диапазоне частот, соответствующем запрещенной зоне, то есть фотонный кристалл обладает свойствами зеркала для электромагнитного излучения СВЧ-диапазона. Именно отражательные свойства фотонного кристалла и могут быть

использованы для реализации системы на основе фотонного кристалла, обладающей разрешенной зоной с частотно-независимым коэффициентом прохождения близким к единице.

Возникновение дефектной моды в запрещенной зоне фотонного кристалла означает, что на определенной частоте электромагнитное излучение может распространяться без затухания и отсутствует отраженная волна. Таким образом, фотонный кристалл с нарушением периодичности становится зеркалом, неотражающим электромагнитное излучения на отдельной частоте, соответствующей частоте дефектной моды. Использование отражательных свойств такого фотонного кристалла позволяет вырезать из широкополосного спектра отражения узкие области частот, в которых отсутствует электромагнитное излучение, что позволяет создавать узкополосные фильтры заграждения, характеризующиеся значительным подавлением сигнала в полосе заграждения и обладающие вне полосы заграждения частотно-независимым коэффициентом прохождения близким к единице.

Поскольку отличительной особенностью фотонных кристаллов СВЧ-диапазона является высокая технологичность их производства, макроскопичность элементов, составляющих их конструкцию, возможность реализации фотонных кристаллов на основе упорядоченных массивов элементов различной формы и конфигурации [6, 9, 10-16], то реализация системы на основе фотонных кристаллов с примесной модой затухания колебаний в разрешенной зоне фотонного кристалла, обеспечивающей создание как широкополосных, так и узкополосных фильтров заграждения с электрически управляемыми в широком диапазоне значений амплитудно-частотными характеристиками, представляет несомненный научный и практический интерес.

При измерении параметров материалов и структур, используемых при создании приборов СВЧ-электроники, наиболее предпочтительно применять СВЧ-методы, так как использование результатов измерений зондовыми

низкочастотными методами может оказаться неприемлемым при конструировании СВЧ-устройств с заданными характеристиками [30-35].

Среди современных электродинамических систем, обеспечивающих реализацию СВЧ-методов измерения параметров материалов и структур, можно выделить одномерные СВЧ фотонные кристаллы.

Методы, основанные на использовании одномерных фотонных кристаллов, позволяют определять комплексную диэлектрическую проницаемость твердых и жидких диэлектриков, толщину и удельную электропроводность полупроводниковых слоев и нанометровых металлических пленок, параметров композитов с включениями из углеродных нанотрубок [14, 37-50].

Однако, обладая высокой чувствительностью к измеряемым параметрам материалов и структур, СВЧ-методы, основанные на использовании измеряемых структур в качестве элементов, вносящих нарушение в периодичность фотонного кристалла, как правило, позволяют получить результат измерений, усредненный по размеру, сравнимому с длиной волны излучения.

Одним из современных методов контроля параметров материалов и структур твердотельной микро- и наноэлектроники является метод ближнеполевой СВЧ-микроскопии, обеспечивающий достижение высокой локальности измерений.

В ближнеполевых СВЧ-микроскопах используются электромагнитные волны, характеризующиеся значительным коэффициентом затухания на малых расстояниях вблизи зонда [51-53], что как раз и позволяет получить высокое пространственное разрешение.

Одним из типов зондов, применяемых в ближнеполевой СВЧ-микроскопии, являются зонды в виде волноводов с отверстиями [54, 55].

В качестве зонда ближнеполевого СВЧ-микроскопа может быть использована резонансная диафрагма, обеспечивающая повышение

локальности волноводных методов измерений параметров материалов и структур [56-58]. Зонд с щелевым отверстием характеризуется высоким пропусканием излучения (в определенной полосе частот), и, следовательно, большей связью с измеряемым объектом.

Как уже отмечалось при введении в фотонный кристалл слоя, нарушающего периодичность, в запрещенной зоне возникает резонансная особенность - дефектная мода [22, 23]. Такой фотонный кристалл можно использовать в качестве резонатора в ближнеполевом СВЧ-микроскопе с зондом в виде резонансной диафрагмы для повышения его чувствительности, однако ни теоретического рассмотрения этой возможности, ни ее экспериментальной реализации ранее проведено не было.

Цель диссертационной работы:

создание нового типа СВЧ фотонного кристалла на основе резонансных диафрагм с электрически управляемыми характеристиками с помощью п-1-р—1-п-структур и его использование для совершенствования параметров ближнеполевого СВЧ-микроскопа.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

Компьютерное моделирование и экспериментальное исследование амплитудно-частотных характеристик зонда ближнеполевого СВЧ-микроскопа в виде резонансной диафрагмы с резонатором на основе брэгговской структуры с диэлектрическим заполнением с нарушением периодичности.

Теоретическое обоснование и экспериментально подтверждение возможности использования предложенного зонда ближнеполевого СВЧ-микроскопа в виде резонансной диафрагмы с резонатором на основе волноводного фотонного кристалла с диэлектрическим заполнением с нарушением периодичности для достижения чувствительности ближнеполевого СВЧ-микроскопа при измерениях диэлектрической проницаемости материалов, превышающей 100 дБ на единицу диэлектрической проницаемости.

Компьютерное моделирование и экспериментальное исследование частотных зависимостей коэффициентов пропускания и отражения СВЧ фотонных кристаллов без нарушения периодичности на основе резонансных диафрагм на диэлектрических подложках.

Теоретическое и экспериментальное исследование влияния нарушения периодичности на амплитудно-частотные характеристики фотонного кристалла на резонансных диафрагмах на диэлектрических подложках.

Расчет электрически управляемых амплитудно-частотных характеристик СВЧ брэгговских структур на основе резонансных диафрагм с нарушением периодичности в виде п-г-р-г-п-диодной матрицы, выполняющей роль проводящего слоя.

Теоретическое обоснование и экспериментальное подтверждение существования примесных мод колебаний на двух частотах в запрещенной зоне фотонного кристалла при изменении тока в п-1-р-1-п-диодной матрице, выполняющей роль нарушения в виде проводящего слоя в фотонном кристалле на резонансных диафрагмах.

Исследование амплитудно-частотных характеристик фотонного кристалла на резонансных диафрагмах, в котором размер центральной диафрагмы, выполняющей роль нарушения, электрически управляется с помощью п-1-р-1-п-диодной структуры.

Исследование возможности использования отражательных свойств фотонных кристаллов с диэлектрическим заполнением и на основе резонансных диафрагм в схеме с 7-циркулятором для реализации системы, обладающей разрешенной зоной с частотно-независимой передаточной характеристикой при коэффициенте прохождения близком к единице.

Исследование возможности использования отражательных свойств фотонных кристаллов с резонансными диафрагмами в схеме с 7-циркулятором для создания фильтров заграждения с управляемыми п-г-р-г-п-диодами характеристиками, обладающих высоким уровнем запирания в полосе заграждения и низкими потерями вне её.

Новизна исследований, проведенных в ходе диссертационной работы, состоит в следующем:

Теоретически обоснована и экспериментально показана возможность использования предложенного зонда ближнеполевого СВЧ-микроскопа в виде резонансной диафрагмы с резонатором на основе волноводного фотонного кристалла с диэлектрическим заполнением с нарушением периодичности для достижения чувствительности ближнеполевого СВЧ-микроскопа при измерениях диэлектрической проницаемости материалов, превышающей 100 дБ на единицу диэлектрической проницаемости.

Обосновано теоретически и подтверждено экспериментально чередование «разрешенных» и «запрещенных» зон на амплитудно-частотных характеристиках структуры, представляющей собой периодически расположенные в волноводе металлические резонансные диафрагмы на диэлектрических подложках. В запрещенной зоне наблюдаются ярко выраженные пики пропускания, количество которых на единицу меньше числа диафрагм, образующих фотонный кристалл.

Установлено, что при увеличении ширины щели резонансной диафрагмы при фиксированной диэлектрической проницаемости подложки и увеличении диэлектрической проницаемости подложки при фиксированной ширине щели, увеличивается ширина и глубина запрещенной зоны фотонного кристалла на основе резонансных диафрагм. В этом случае, низкочастотная граница запрещенный зоны остается практически неизменной, а увеличение ширины запрещенной зоны происходит за счет смещения её высокочастотной границы в сторону высоких частот.

Показано, что введение нарушения в фотонном кристалле в виде уменьшенного расстояния между центральными диафрагмами приводит к возникновению в запрещенных зонах пиков пропускания.

Обосновано теоретически и подтверждено экспериментально

существование примесных мод колебаний на двух частотах в запрещенной зоне

10

фотонного кристалла при изменении тока в п-1-р-1-п-диодной матрице, выполняющей роль нарушения в виде проводящего слоя в фотонном кристалле на резонансных диафрагмах.

Показана возможность создания электрически управляемого модулятора и переключателя СВЧ-сигнала, работающего как в прямом, так и в инверсном режимах, с динамическим диапазоном более 40 дБ на основе фотонного кристалла на резонансных диафрагмах при изменении тока в п-1-р-1-п-диодной матрице, выполняющей роль нарушения.

Предложен, теоретически и экспериментально исследован фотонный кристалл на резонансных диафрагмах, в котором размер центральной диафрагмы, выполняющей роль нарушения, электрически управляется с помощью п-1-р-1-п-диодной структуры.

Показана возможность использования отражательных свойств фотонных кристаллов с диэлектрическим заполнением и на основе резонансных диафрагм в схеме с 7-циркулятором для реализации системы, обладающей разрешенной зоной с частотно-независимой передаточной характеристикой при коэффициенте прохождения близком к единице.

Показана возможность использования отражательных свойств фотонных кристаллов с диэлектрическим заполнением и резонансными диафрагмами в схеме с 7-циркулятором для создания фильтров заграждения с управляемыми п-1-р-1-п-диодами характеристиками, обладающих уровнем запирания в полосе заграждения более 43 дБ и потерями вне полосы менее 0.8 дБ.

Новизна проведенных исследований подтверждается также полученным патентом РФ на изобретение №2 658 113 С1 «СВЧ фотонный кристалл».

Достоверность результатов диссертации обеспечивается обоснованностью выбранного метода теоретического описания исследованного фотонного кристалла, использованием современной измерительной аппаратуры и апробированных методов измерений при выполнении экспериментальных исследований, обработкой экспериментальных данных с использованием

стандартных методов, качественным и количественным соответствием выводов теории основным результатам, полученным экспериментально.

Практическая значимость полученных результатов заключается в следующем:

Предложено использование зонда ближнеполевого СВЧ-микроскопа в виде резонансной диафрагмы с резонатором на основе волноводного фотонного кристалла с диэлектрическим заполнением с нарушением периодичности для достижения чувствительности ближнеполевого СВЧ-микроскопа при измерениях диэлектрической проницаемости материалов, превышающей 100 дБ на единицу диэлектрической проницаемости.

Показано, что изменением апертуры зонда ближнеполевого СВЧ-микроскопа в виде резонансной диафрагмы с резонатором на основе волноводного фотонного кристалла с нарушением периодичности обеспечивается выбор диапазона значений диэлектрической проницаемости с максимальной чувствительностью коэффициента отражения к изменению диэлектрической проницаемости исследуемого образца.

Предложен и экспериментально реализован СВЧ фотонный кристалл, выполненный в виде периодически расположенных в волноводе металлических резонансных диафрагм на диэлектрических подложках и характеризующийся наличием разрешенных и запрещенных зон на АЧХ фотонного кристалла, размеры которых определяются расстоянием между диафрагмами и их числом, размерами щелей и величиной диэлектрической проницаемости диэлектрической подложки.

Реализован электрически управляемый модулятор и переключатель СВЧ-сигнала на основе фотонного кристалла на резонансных диафрагмах, в котором размер центральной диафрагмы, выполняющей роль нарушения, электрически управляется с помощью п-1-р-1-п-диодной структуры.

Реализована система, обладающая разрешенной зоной с частотно-независимой передаточной характеристикой при коэффициенте прохождения

близком к единице, использующая отражательные свойства фотонных кристаллов с диэлектрическим заполнением и на основе резонансных диафрагм в схеме с 7-циркулятором.

Предложены фильтры заграждения с управляемыми п-/-р-/-п-диодами характеристиками на основе фотонных кристаллов с диэлектрическим заполнением и резонансными диафрагмами с плоской разрешенной зоной, формируемой в схеме на отражение с 7-циркулятором, обладающие уровнем запирания в полосе заграждения более 43.0 дБ и потерями вне полосы менее 0.8 дБ.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Использование предложенного зонда ближнеполевого СВЧ-микроскопа в виде резонансной диафрагмы с резонатором на основе волноводного фотонного кристалла с диэлектрическим заполнением с нарушением периодичности позволяет достигнуть чувствительности ближнеполевого СВЧ-микроскопа при измерениях диэлектрической проницаемости материалов, превышающей 100 дБ на единицу диэлектрической проницаемости и открывает возможность реализации измерений в режиме модуляции генерируемого сигнала.

2. Изменением апертуры зонда ближнеполевого СВЧ-микроскопа в виде резонансной диафрагмы с резонатором на основе волноводного фотонного кристалла с нарушением периодичности обеспечивается выбор диапазона значений диэлектрической проницаемости с максимальной чувствительностью коэффициента отражения к изменению диэлектрической проницаемости исследуемого образца.

3. Увеличение ширины щели резонансной диафрагмы при фиксированной диэлектрической проницаемости подложки и увеличении диэлектрической проницаемости подложки при фиксированной ширины щели, приводит к увеличению ширины и глубины запрещенной зоны фотонного кристалла на основе резонансных диафрагм, причем низкочастотная граница

запрещенный зоны остается практически неизменной, а увеличение ширины запрещенной зоны происходит за счет смещения её высокочастотной границы в сторону высоких частот.

4. При размещении п-г-р-г-п-диодной матрицы в фотонном кристалле на резонансных диафрагмах, выполняющей роль нарушения в виде проводящего слоя, в запрещенной зоне фотонного кристалла наблюдаются примесные моды колебаний на двух частотах, причем при изменении тока в п-г-р-г-п-диодной матрице в диапазоне от 0.5 мкА до 200 мА на частоте примесной моды, с меньшим значением частоты, наблюдается рост коэффициента отражения от -25 дБ до -0.6 дБ, то есть исчезновение примесной моды колебаний, а на частоте примесной моды, с большим значением частоты, при изменении тока от 0.0 до 8.15 мА наблюдается уменьшение коэффициента отражения от -0.1 до -48 дБ, то есть возникновение примесной моды колебаний.

5. При использовании в качестве нарушения в фотонном кристалле центральной диафрагмы, размер которой электрически управляется с помощью п-г-р-г-п-диодной структуры, расположенной около одной из узких сторон прямоугольного отверстия центральной диафрагмы, при увеличении протекающего тока реализуется прямой режим переключения коэффициента отражения на частоте примесной моды в запрещенной зоне фотонного кристалла.

6. Использование отражательных свойств фотонных кристаллов с диэлектрическим заполнением и на основе резонансных диафрагм в схеме с 7-циркулятором позволяет реализовать систему, обладающую разрешенной зоной с частотно-независимой передаточной характеристикой при коэффициенте прохождения близком к единице.

7. Использование отражательных свойств фотонных кристаллов с резонансными диафрагмами в схеме с 7-циркулятором позволяет создать фильтры заграждения с управляемыми п-г-р-г-п-диодами характеристиками, обладающими уровнем запирания в полосе заграждения более 43 дБ и потерями вне полосы менее 0.8 дБ.

Апробация работы:

Основные результаты диссертационной работы доложены на:

• XIV, XV и XVI Международной научно-технической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов». 22-24 ноября 2016 г. Самара 2016., 20 -24 ноября 2017 г. Казань, 10-14 сентября 2018 г. г. Миасс.

• IV и V Всероссийской научной школе-семинаре «Взаимодействие сверхвысокочастотного, терагерцового и оптического излучения с полупроводниковыми микро- и наноструктурами, метаматериалами и биообъектами»: Саратов, 18-19 мая 2017 г., Саратов, 16-17 мая 2018 г.

• 27-ой и 28-ой Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо'2017). Севастополь, 10—16 сентября 2017 г., (КрыМиКо'2018). Севастополь, 9-15 сентября 2018 г.

Исследования выполнялись в рамках государственного задания Минобрнауки России в сфере научной деятельности (базовая часть) 8.7628.2017/БЧ, код проекта 7628 по теме «Разработка новых типов функциональных устройств СВЧ, КВЧ и терагерцового диапазонов и методов диагностики с использованием ближнеполевой СВЧ-микроскопии на основе фотонных кристаллов», проектной части государственного задания в сфере научной деятельности Министерства образования и науки Российской Федерации по теме «Исследование эффектов резонансного взаимодействия электромагнитного излучения сверхвысокочастотного и терагерцового диапазонов с неоднородными микро- и наноструктурами и композитами» №16.1575.2014/К, шифр: «Наноскоп-2»; государственного задания Министерства образования и науки РФ НИР «Разработка на основе фотонных кристаллов СВЧ-методов контроля высокого разрешения параметров наноструктур и нанокомпозитов» на 2012-2014 годы, шифр «Нанокомплекс».

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 работ [5969], в том числе 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК при Минобрнауки России [59, 61, 65, 66], 1 статья в научных изданиях, входящих в международные наукометрические базы (Scopus, Web of Science) [66], получен 1 патент РФ на изобретение [70].

Личный вклад автора выразился в проведении всего объема экспериментальных работ, в создании теоретических моделей, описывающих результаты экспериментов, проведении компьютерного моделирования и анализе полученных результатов.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения и списка литературы. Работа изложена на 129 страницах, содержит 78 рисунков и список литературы из 153 наименований.

Во введении обоснована актуальность выбранной темы диссертации, сформулирована цель работы, приведены основные положения, выносимые на защиту, описана структура и объем работы.

В первом разделе проведен критический анализ современного состояния исследований СВЧ-фотонных кристаллов.

Во втором разделе теоретически обоснована и экспериментально описана возможность использования предложенного зонда ближнеполевого СВЧ-микроскопа в виде резонансной диафрагмы с резонатором на основе волноводной брэгговской структуры с диэлектрическим заполнением с нарушением периодичности для достижения чувствительности ближнеполевого СВЧ-микроскопа при измерениях диэлектрической проницаемости материалов, превышающей 100 дБ на единицу диэлектрической проницаемости.

В третьем разделе теоретически и экспериментально исследованы амплитудно-частотные характеристики структуры, представляющей собой

периодически расположенные в волноводе металлические резонансные диафрагмы на диэлектрических подложках.

Представлены результаты исследований влияния размеров щели резонансной диафрагмы и диэлектрической проницаемости подложки на параметры запрещенной зоны фотонного кристалла на основе резонансных диафрагм. Установлено, что низкочастотная граница запрещенной зоны остается практически неизменной, а увеличение ширины запрещенной зоны происходит за счет смещения её высокочастотной границы в сторону высоких частот.

В четвертом разделе представлены результаты исследований волноводных фотонных кристаллов на резонансных диафрагмах с управляемыми п—I—р—I—п-диодами характеристиками.

Описано теоретически и подтверждено экспериментально возникновение примесных мод колебаний на двух частотах в запрещенной зоне фотонного кристалла при изменении тока в п-1-р-1-п-диодной матрице, выполняющей роль нарушения периодичности в виде проводящего слоя в фотонном кристалле на резонансных диафрагмах.

Представлены результаты исследований разработанного и созданного электрически управляемого модулятора и переключателя СВЧ-сигнала, работающего как в прямом, так и в инверсном режимах, с динамическим диапазоном более 40 дБ на основе фотонного кристалла на резонансных диафрагмах при изменении тока в п-1-р-1-п-диодной матрице, выполняющей роль нарушения периодичности.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Евтеев Сергей Геннадиевич, 2018 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1.Kuriazidou C.A., Contopanagos H.F., Alexopolos N.G. Monolithic waveguide filters using printed photonic-bandgap materials // IEEE Transactions on microwave theory and techniques. - 2001. - Vol. 49, N 2. - P. 297-306.

2.Ozbay E., Temelkuran B., and Bayindir M. Microwave applications of photonic crystals// Progress In Electromagnetics Research, 2003. Vol. 41, pp. 185-209.

3.Gomez A., Vegas A., Solano M.A. & Lakhtakia A. On One- and Two-Dimensional Electromagnetic Band Gap Structures in Rectangular Waveguides at Microwave Frequencies// Electromagnetics. 2005. Vol. 25, issue 5. pp. 437-460.

4.Gerard W. Burns, I. G. Thayne, J. M. Arnold "Improvement of Planar Antenna Efficiency When Integrated With a Millimetre-Wave Photonic," in Proc. of European Conference on Wireless Technology, Amsterdam, Netherlands, 11 -12th October 2004, P. 229-232.

5. Беляев Б.А., Волошин А.С., Шабанов В.Ф. Исследование микрополосковых моделей полосно-пропускающих фильтров на одномерных фотонных кристаллах// Доклады Академии Наук. 2005. Т. 400, № 2. С. 181-185.

6. Усанов Д.А., Мещанов В.П., Скрипаль А.В., Попова Н.Ф., Пономарев Д.В., Мерданов М.К. Согласованные нагрузки сантиметрового и миллиметрового диапазонов длин волн на СВЧ фотонных кристаллах// Журнал технической физики, 2017, том 87, вып. 2. С. 216-220.

7. Fernandes H.C.C., Medeiros J.L.G., Junior I.M.A. et al. Photonic Crystal at Millimeter Waves Applications// PIERS Online. 2007. Vol. 3, no. 5. pp. 689-694.

8. Saib A., Huynen I. Periodic Metamaterials Combining Ferromagnetic Nanowires and Dielectric Structures for Planar Circuits Applications// Electromagnetics. 2006. Vol. 26, issue 3-4, pp. 261-277.

9. Усанов Д.А., Никитов С.А., Скрипаль А.В., Пономарев Д.В. Одномерные СВЧ фотонные кристаллы. Новые области применения. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2018. 184 с.

10. Schneider G. J., Hanna S., Davis J. L., Watson G. H. Defect modes in coaxial photonic crystals// Journal of Applied Physics, 2001. V. 90, N 6. September. P. 2642-2649

11. Wei T., Wu S., Huang J., Xiao H., Fan J. Coaxial Cable Bragg Gratings// Applied Physics Letters, 2011. V. 99, September. P. 113517-1-113517-3.

12.Морозов Г.А., Морозов О.Г., Насыбулин А.Р., Севастьянов А.А., Фархутдинов А.Р. Коаксиальные Брэгговские СВЧ-структуры в сенсорных системах// Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2014. Т. 17. № 3. С. 65-70.

13.Мухортов В.М., Масычев С.И., Маматов А.А., Мухортов Вас.М. Электрически перестраиваемый фотонный кристалл на основе копланарного волновода с наноразмерной сегнетоэлектрической пленкой// Письма в ЖТФ. 2013. Т. 39, вып. 20, с. 70-76.

14. Усанов Д.А., Скрипаль А.В., Абрамов А.В., Боголюбов А.С., Куликов М.Ю., Пономарев Д.В. Микрополосковые фотонные кристаллы и их использование для измерения параметров жидкостей// Журнал технической физики. 2010. Т. 80, вып. 8, с. 143-148

15. Никитин Ал.А., Никитин Ан.А., Устинов А.Б., Lahderanta E., Калиникос Б.А. Сверхвысокочастотный фотонный кристалл на щелевой линии передачи с сегнетоэлектрической пленкой// Журнал технической физики, 2016, том 86, вып. 6, стр.115-120

16. Усанов Д.А., Никитов С.А., Скрипаль А.В., Рязанов Д.С. Брэгговские сверхвысокочастотные структуры на волноводно-щелевых линиях// Радиотехника и электроника. 2016, том. 61. № 4. С. 321-326.

17. Силин Р.А., Сазонов В.П. Замедляющие системы. М.: Сов. радио, 1966, 631с.

18. Cohn S. B. Direct-coupled-resonator filters. Proc. IRE. 1957. Vol. 45. Feb. pp. 187-196.

19. Sung-Il Kim, Mi-Young Jang, Chul-Sik Kee, Ikmo Park, H. Lim, Characteristics of microwave filters based on microstrip photonic bandgap ring structures // Current Applied Physics, 2005, N. 5, pp. 619—624.

20. Chul-Sik Kee, Mi-Young Jang, Sung-Il Kim, Ikmo Park, and H. Lim, Tuning and widening of stop bands of microstrip photonic band gap ring structures // Applied Physics Letters, 2005, vol. 86, 181109.

21. Мухортов В.М., Масычев С.И., Тимошенко П.Е. Микрополосковый перестраиваемый фотонный кристалл с периодической структурой из кольцевых резонаторов, сформированных на поверхности сегнетоэлектрической гетероструктуры (Ba, Sr)TiO3/MgO// Вестник Южного научного центра. 2016 Т. 12. №3. С.11-16.

22. Yablonovitch E., Gimitter T.J., Meade R.D. et al. Donor and acceptor modes in photonic band structure// Phys. Rev. Lett. 1991. Vol. 67, no. 24. pp. 3380-3383.

23. Беляев Б. А., Волошин А.С., Шабанов В.Ф. Исследование добротности резонанса примесной моды в микрополосковой модели одномерного фотонного кристалла// Доклады Академии Наук. 2005. Т. 403, № 3, С. 319—324.

24. Гуняков В.А., Герасимов В.П., Мысливец С.А. и др. Термооптическое переключение в одномерном фотонном кристалле// ПЖТФ. 2006. Т. 32, вып. 21. С. 76-83

25.Усанов Д. А., Скрипаль А. В., Абрамов А. В., Боголюбов А. С., Скворцов В. С., Мерданов М.К. Волноводные фотонные кристаллы с характеристиками, управляемыми p—i—n-диодами// Известия вузов. Электроника. 2010. №1. С. 2429.

26. Усанов Д.А., Никитов С.А., Скрипаль А.В., Фролов А.П., Орлов В.Е. Волноводы, содержащие рамочные элементы с электрически управляемыми характеристиками разрешенных и запрещенных зон// Радиотехника и электроника. 2014, том. 59. № 11. С. 1079-1084.

27. Усанов Д.А., Никитов С.А. Скрипаль А.В., Куликов М.Ю. Управляемые pin-диодами фотонные кристаллы и их применение// Антенны. №3. 2012. С. 9-14.

28. Гуняков В.А., Мысливец С.А., Паршин А.М., Зырянов В.Я., Архипкин В.Г., Шабанов В.Ф. Управление пропусканием многослойного фотонного кристалла с жидкокристаллическим дефектом с помощью магнитного поля// ЖТФ. 2010. Т. 80, вып. 10. С. 95-100

29. Inoue M., Baryshev A., Takagi H., Lim P.B., Hatafuku K., Noda J., Togo K. Investigating the use of magnonic crystals as extremely sensitive magnetic field sensors at room temperature//Appl. Phys. Lett. 2011. Vol. 98. P. 132511-1-1325113.

30. Усанов Д.А., Горбатов С.С., Кваско В.Ю., Фадеев А.В. Ближнеполевой СВЧ-микроскоп для определения анизотропных свойств диэлектрических материалов// Приборы и техника эксперимента. 2015. № 2. С. 77-83.

31. Гершензон Е. М., Литвак - Горская Л. Б., Плохова Л. А., 3арубина Т. С. Методы определения параметров полупроводников и полупроводниковых пленок на СВЧ. — В кн.: Полупроводниковые приборы и их применение / Под ред. E. А. Федотова, М., 1970, вып. 23. С. 3 - 48.

32. Усанов Д.А. СВЧ-методы измерения параметров полупроводников. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1985. 55 с.

33. Арапов Ю.Г., Давыдов А.Б. Волноводные методы измерения электрофизических параметров полупроводников на СВЧ // Дефектоскопия. 1978. № 11. С. 63-87.

34. Asfar M.N., Birch J.R., Clarke R.N. The Measurement of the Properties of Materials // Proc. IEEE. 1986, vol. 74, № 1. P. 183-199.

35. Усанов Д.А., Горбатов С.С. Эффекты ближнего поля в электродинамических системах с неоднородностями и их использование в технике СВЧ. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2011. 392 с.

36. Беляев Б. А., Волошин А. С., Шабанов В. Ф. Исследование микрополосковых моделей полосно-пропускающих фильтров на одномерных фотонных кристаллах // Доклады Академии Наук. 2005. Т. 400, № 2.С. 181— 185.

37. Dmitry Usanov, Alexander Skripal, Anton Abramov, Anton Bogolubov, Vladimir Skvortsov, Merdan Merdanov. Measurement of the Metal Nanometer Layer Parameters on Dielectric Substrates using Photonic Crystals based on the Waveguide Structures with Controlled Irregularity in the Microwave Band // Proc. of 37rd European Microwave Conference. Munich, Germany. 8-12th October 2007. P. 198201.

38. Никитов С.А., Гуляев Ю.В., Усанов Д.А., Скрипаль А.В., Пономарев Д.В. Определение проводимости и толщины полупроводниковых пластин и нанометровых слоев с использованием одномерных СВЧ фотонных кристаллов // Доклады Академии Наук. Т. 448, № 1, январь 2013. С. 35-37.

39. Усанов Д.А., Никитов С.А. Скрипаль А.В., Куликов М.Ю., Пономарев Д.В. Измерение параметров твердых и жидких диэлектриков на сверхвысоких частотах с использованием микрополосковых фотонных структур // Радиотехника и электроника. 2012. Т. 57, № 2. С. 230-236.

40. Усанов Д.А., Скрипаль А.В., Абрамов А.В., Боголюбов А.С., Романов А.В., Куликов М.Ю., Пономарев Д.В. Фотонные структуры в СВЧ-диапазоне и их применение для измерения параметров композитов с включениями из углеродных нанотрубок и жидких диэлектриков/ Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2010. Т. 13, № 3. С. 26-34.

41. Пат. РФ 2419099 МПК G 01 R 27/26. Устройство для измерения относительной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь жидкости/ Усанов Д.А., Скрипаль А.В., Абрамов А.В., Боголюбов А.С., Куликов М.Ю., Пономарев Д.В. Опубл. 20.05.2011, Бюл. № 14.

42. Пат. РФ. № 2349904 МПК G01N 22/00 (2006.01). Способ измерения электрофизических параметров структуры «нанометровая металлическая пленка - полупроводниковая или диэлектрическая подложка/ Усанов Д.А., Скрипаль А.В., Абрамов А.В., Боголюбов А.С., Скворцов В.С., Мерданов В.К. - № 2007134232/09(037404). Заявл. 13.09.2007; Опубл. 20.03.2009, Бюл. № 8.

43. Белоус А.И., Мерданов М. К., Шведов С.В. СВЧ-электроника в системах радиолокации и связи. Техническая энциклопедия: в 2-х кн. М.: ТЕХНОСФЕРА, 2016, Кн. 2. С. 728.

44. Усанов Д. А., Никитов С. А., Скрипаль А. В., Пономарев Д. В., Латышева Е. В. Многопараметровые измерения эпитаксиальных полупроводниковых структур с использованием одномерных сверхвысокочастотных фотонных кристаллов// Радиотехника и электроника. 2016, том. 61. № 1. С. 45-53.

45. Усанов Д.А., Никитов С.А., Скрипаль А.В., Пономарев Д.В., Латышева Е.В. Измерения электрофизических характеристик полупроводниковых структур с использованием СВЧ фотонных кристаллов // Известия вузов. Электроника. 2016. №2. С. 187-194.

46. Мерданов М.К. Особенности взаимодействия электромагнитного излучения СВЧ-диапазона с фотонными структурами, включающими нанометровые металлические, диэлектрические и полупроводниковые слои// Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Саратовский государственный технический университет им. Гагарина Ю.А.. Саратов, 2009. 147 с.

47. Романов А.В. Сверхвысокочастотные свойства композитов на основе диэлектрических матриц с включениями в виде углеродных нанотрубок, частиц мелкодисперсного графита и ферритовых микрочастиц// Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук/ Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского. Саратов, 2010. 125 с.

48. Куликов М.Ю. Микрополосковые фотонные структуры СВЧ-диапазона и их использование для измерения параметров диэлектриков// Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук/ Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского. Саратов, 2011. 150 с.

49. Пономарев Д.В. Особенности взаимодействия СВЧ-излучения с

фотонными кристаллами, содержащими в качестве неоднородностей

115

диэлектрические, полупроводниковые и металлические включения// Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук/ ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского». Саратов, 2012. 139 с.

50. Латышева Е.В. Резонансные СВЧ-методы многопараметровых измерений эпитаксиальных полупроводниковых структур с нанометровыми металлическими слоями// Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук/ ФГБОУ ВО «Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г.Чернышевского», 2016. 127 с.

51. Усанов Д.А., Горбатов С.С. Резонансы в системе диафрагма-короткозамыкающий поршень// Изв. вузов Радиофизика, 2001. Т. 44. №12. С. 1046-1049.

52. Усанов Д.А., Горбатов С.С. Волноводный измерительный резонатор// Изв. вузов Радиоэлектроника. 2002. Т.45. №9. С.26-28.

53. Kleismit R. A., Kazimierczuk M. K. and Kozlowski G. Sensitivity and Resolution of Evanescent Microwave Microscope// IEEE Trans. 2006. V.MTT-54. N.2. P. 639-647.

54. Ближнеполевая сканирующая СВЧ-микроскопия и области ее применения / Д.А. Усанов. — Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2010. — 100 с.

55. Near-field microwave microscopy of materials properties" in Microwave Superconductivity / S.M.Anlage, D.E.Steinhauer, B.J.Feenstra et al. / Eds. H. Weinstock and M. Nisenoff. - Amsterdam. The Netherlands: Kluwer, 2001. - P. 239-269.

56. Golosovsky M., Davidov D. Novel millimeter-wave near-field resistivity microscope // Appl. Phys. Lett. 1996. V. 68, № 11. P. 1579-1581.

57. Abu-Tuir M., Golosovsky M., Davidov D., Frenkel A., Goldberger H. Near-field scanning microwave probe based on a dielectric resonator // Review of Scientific Instruments. 2001. V. 72, № 4. P. 2073-2079.

58. Nozokido T., Iibuchi R., Bae J., Mizuno K., Kudo H. Millimeterwave scanning near-fi eld anisotropy microscopy // Review of scientific Instruments. 2005. V. 76, № 3. 033702 (6 pag).

59. Усанов Д.А., Скрипаль А.В., Мерданов М.К., Евтеев С.Г. Волноводные фотонные структуры на резонансных диафрагмах// Радиотехника. 2015. № 10. С.108-113.

60. Усанов Д.А., Скрипаль А.В., Мерданов М.К., Пономарев Д.В., Евтеев С.Г. СВЧ фотонные кристаллы-новый тип функциональных структур, применяемых в радиоэлектронике//Материалы XIV Международной научно-технической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов». 22-24 ноября 2016 г. Самара 2016. Казань: Изд-во ООО «16ПРИНТ», 2016. С. 110-113 (272 с.) ISBN 978-5-9907911-3-8

61. Усанов Д.А., Скрипаль А.В., Мерданов М.К., Пономарев Д.В., Евтеев С.Г. СВЧ фотонные кристаллы - новый тип функциональных структур, применяемых в радиоэлектронике// Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2016. Т. 19. №3. С. 17-24.

62. Усанов Д.А., Никитов С.А., Скрипаль А.В., Мерданов М.К., Евтеев С.Г. Характеристики СВЧ фотонных кристаллов на основе резонансных диафрагм с нарушением периодичности в виде n-i-p-i-n-диодной матрицы// Взаимодействие сверхвысокочастотного, терагерцового и оптического излучения с полупроводниковыми микро- и наноструктурами, метаматериалами и биообъектами: Материалы четвертой Всерос. научной школы-семинара / под ред. проф. Д. А. Усанова. - Саратов: изд-во Саратовский источник, 2017. С.84-86.

63. Усанов Д.А., Никитов С.А., Скрипаль А.В., Мерданов М.К., Евтеев С.Г.

Волноводные фотонные кристаллы с управляемыми n-i-p-i-n-диодами

характеристиками// Материалы 27-ой Международной Крымской конференции

«СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо'2017).

Севастополь, 10—16 сентября 2017 г.: материалы конф. в 8 т. Т. 4, С. 894—900.

УДК 621.3.029.62+621.39 ББК 32я431. Proceedings of the 27th Int. Conference

117

"Microwave & Telecommunication Technology" (CriMiCo'2017). Sevastopol, Russia, 10—16 September, 2017

64. Усанов Д.А., Никитов С.А., Скрипаль А.В., Мерданов М.К., Евтеев С.Г., Фролов А.П. СВЧ фотонные кристаллы с электрически управляемыми характеристиками// II Научный форум телекоммуникации: теория и технологии ТТТ-2017. Физика и технические приложения волновых процессов ФиТПВП-2017: материалы XV Международной научно-технической конференции «Физика волновых процессов и радиотехнические системы». Казань, 20 - 24 ноября 2017 года / под ред. О.И. Антипова. -Казань: КНИТУ-КАИ, 2017. - 304 с. ISBN 978-5-7579-2257-7 (отд.кн.) ISBN 978-5-7579-2251-5. С.158-162.

65. Усанов Д.А., Никитов С.А., Скрипаль А.В., Мерданов М.К., Евтеев С.Г., Фролов А.П. СВЧ фотонные кристаллы с электрически управляемыми характеристиками// Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2017. Том: 20. №3. С. 43-51.

66. Усанов Д.А., Никитов С.А., Скрипаль А.В., Мерданов М.К., Евтеев С.Г. Волноводные фотонные кристаллы на резонансных диафрагмах с управляемыми n-i-p-i-n-диодами характеристиками// Радиотехника и электроника. 2018. № 1. С. 65-71.

67. Евтеев С.Г., Усанов Д.А., Никитов С.А., Скрипаль А.В., Мерданов М.К., Пономарев Д.В. Полосовые СВЧ-фильтры на волноводных фотонных кристаллах с плоской частотной характеристикой в рабочей полосе// В сборнике: Взаимодействие сверхвысокочастотного, терагерцового и оптического излучения с полупроводниковыми микро- и наноструктурами, метаматериалами и биообъектами. Материалы пятой Всероссийской научной школы-семинара, Под редакцией профессора Д.А. Усанова. Саратов: изд-во Саратовский источник, 2018. 152 c. С. 31-35.

68. Евтеев С.Г., Усанов Д.А., Скрипаль А.В. Использование резонансной

диафрагмы в качестве зонда ближнеполевого СВЧ-микроскопа с резонатором

на основе волноводного фотонного кристалла с нарушением периодичности// В

сборнике: Взаимодействие сверхвысокочастотного, терагерцового и

118

оптического излучения с полупроводниковыми микро- и наноструктурами, метаматериалами и биообъектами. Материалы пятой Всероссийской научной школы-семинара, Под редакцией профессора Д.А. Усанова. Саратов: изд-во Саратовский источник, 2018. 152 c. С. 35-39.

69. Усанов Д.А., Никитов С.А., Скрипаль А.В., Мерданов М.К., Евтеев С.Г., Пономарев Д.В. Волноводные системы на основе СВЧ фотонных кристаллов с плоскими электрически управляемыми амплитудно-частотными характеристиками// Материалы 28-ой Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо'2018). Севастополь, 9—15 сентября 2018 г.: материалы конф. в 8 т. Т. 4, С. 884—890. УДК 621.3.029.62+621.39 ББК 32я431. Москва ; Минск ; Севастополь, 2018. — 1951 с. Proceedings of the 28th Int. Conference "Microwave & Telecommunication Technology" (CriMiCo'2018). Sevastopol, Russia, 9—15 September, 2018

70. Патент РФ 2 658 113 C1 МПК H01P СВЧ фотонный кристалл Усанов Д.А., Никитов С.А., Скрипаль А.В., Мерданов М.К., Евтеев С.Г. 19.06.2018 Бюл. № 17. Заявка: 2017124293, 10.07.2017 Патентообладатель: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского".

71. Yablonovitch E. Inhibited spontaneous emission in solid-state physics and electronics// Phys. Rev. Lett. 1987. Vol. 58, no. 20. pp. 2059—2062.

72. Yablonovitch E. Photonic Crystals: Semiconductors of Light// Scientific American. 2001. Vol. 285, no. 6. pp. 47-55.

73. Yablonovitch E. Photonic band-gap structures// Journal of the Optical Society of America B-Optical Physics. 1993. Vol. 10, no.2. pp. 283-295.

74. Yablonovitch E. Photonic band-gap crystals// Journal of Physics-Condensed Matter. 1993. Vol.5, no.16. pp. 2443-2460.

75. Figotin Alex and Godin Yuri A. Two-dimensional tunable photonic crystals// PHYSICAL REVIEW B VOLUME 57, NUMBER 5 1 FEBRUARY 1998-I. P.2841-2848

76. Бритун Н.В., Данилов В.В. Электронное управление параметрами структур с фотонной запрещенной зоной// ПЖТФ. 2003. Т. 29, вып. 7. С. 27-32.

77. Данилов В. В., Лаунец В. Л., Олейник В. В. Волноводная фотонная структура с магнитным управлением// Международная Крымская конференция "СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии": в 2 т. - Севастополь: Вебер, 2007, т. 2. - С.558-569.

78. Фролов А.П. Структуры с фотонной запрещенной зоной и их использование в ближнеполевой СВЧ-микроскопии// Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук/ ФГОУ ВО «Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г.Чернышевского», 2014. 147 с.

79. Мухортов В. М., Масычев С. И., Тимошенко П. Е. Микрополосковый перестраиваемый фотонный кристалл с периодической структурой из кольцевых резонаторов, сформированных на поверхности сегнетоэлектрической гетероструктуры (Ba, Sr)TiO3/MgO // Вестник Южного научн. центра. 2016. Т. 12. № 3. С. 11-16.

80. Schaub D. E. and Oliver D. R. A liquid crystal-based dynamically tunable photonic bandgap structure (Жидкокристаллическая динамически настраиваемая структура с фотонной запрещенной зоной)// Journal of Applied Physics 110, 084502 (2011)

81. Ягудин Г. Х. Измерение электрофизических параметров полупроводников с помощью электромагнитных полей СВЧ диапазона. - Обзоры по электронной технике. Сер. Полупроводниковые приборы и микроэлектроника. М.: ЦНИИ Электроника, 1968, вып. 21. 68 с.

82. Викторов В.А., Лункин Б.В., Совлуков А.С. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов. М.: Энергоатомиздат, 1989. 208 с.

83. Брандт А.А. Исследование диэлектриков на сверхвысоких частотах. М.: Физматгиз. 1963. 147 с.

84. Гершензон Е.М., Литвак-Горская Л.Б., Плохова Л. А., Зарубина Т.С.

Методы определения параметров полупроводниковых плёнок на СВЧ. - В кн.:

120

Полупроводниковые приборы и их применение / Под. ред. Е.А. Федотова, М.: 1970. Вып. 23. С. 3-48.

85. Усанов Д.А., Скрипаль А.В., Романов А.В. Комплексная диэлектрическая проницаемость композитов на основе диэлектрических матриц и входящих в их состав углеродных нанотрубок // Журнал технической физики. 2011. Т. 81, вып. 1. С. 106-110.

86. Dmitry A. Usanov, Alexander V. Skripal, Anton V. Abramov, Anton S. Bogolubov, Maxim Y. Kulikov. Microstrip Photonic Crystals and their Application for Measurement Parameters of Materials// Proceedings of the 38th European Microwave Conference. 27-31 October 2008 . Amsterdam, The Netherlands. P. 785788

87. Усанов Д.А., Скрипаль А.В., Абрамов А.В., Боголюбов А.С., Скворцов В.С., Мерданов М.К. Использование волноводных фотонных структур для измерения параметров нанометровых металлических слоев на изолирующих подложках // Известия вузов. Электроника. 2007. № 6. С. 25-32.

88. Патент РФ 2517200 C2 МПК G01N 22/00 Способ определения электропроводности и толщины полупроводниковых пластин или нанометровых полупроводниковых слоев в структурах «полупроводниковый слой-полупроводниковая подложка»/ Д.А. Усанов, С.А Никитов, А.В. Скрипаль, Д.В. Пономарев. Бюл. 15. Опубл. 27.05.2014. Заявка: 2012137649/07 от 03.09.2012

89. Насыбуллин А.Р., Морозов О.Г., Севастьянов А.А. Брэгговские сенсорные СВЧ-структуры на коаксиальном кабеле // Журнал радиоэлектроники [электронный ресурс]: электронный журнал. - 2014. - № 3. - С.1-17. - Режим доступа: http://jre.cpHre.ru/jre/mar14/8/text.pdf

90. Усанов Д.А., Скрипаль А.В., Романов А.В. Электрофизические свойства композитов с включениями в виде углеродных нанотрубок, частиц мелкодисперсного графита и ферритовых микрочастиц // Известия вузов. Электроника. 2010. № 5. С. 45-52.

91. Усанов Д.А., Скрипаль А.В., Романов А.В. Управление СВЧ-характеристиками композитных материалов с наполнителем из углеродных нанотрубок воздействием ультрафиолетового излучения // Журнал технической физики. 2013. Т. 83, вып. 3.С. 91-95.

92. Усанов Д.А., Скрипаль А.В., Романов А.В. Температурная зависимость комплексной диэлектрической проницаемости композитов на основе диэлектрических матриц и входящих в их состав углеродных нанотрубок // Известия вузов. Электроника. 2011. № 2. С. 33-37.

93. Усанов Д. А., Скрипаль А. В., Абрамов А. В.,Боголюбов А. С., Куликов М. Ю., Пономарев Д. В. Использование микрополосковых фотонных кристаллов для измерения электрофизических параметров водноэтанольных растворов // Материалы 20-ой Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии КрыМиКо-2010» 13-17 сент.2010 г. Севастополь, Крым. Украина. С.1063-1064. IEEE Catalog Number CFP10788-CDR, ISBN 978-966-335-333-3

94. D.A. Usanov, Al.V. Skripal, A.V. Abramov, A.S. Bogolyubov, N.V. Kalinina. Measurements of thickness of metal films in sandwich structures by the microwave reflection spectrum // Proc. of 36rd European Microwave Conference. Manchester, UK. 10-15th September 2006. 509-512.

95. Усанов Д.А., Скрипаль А.В., Абрамов А.В., Боголюбов А.С. Измерения толщины нанометровых слоев металла и электропроводности полупроводника в структурах металл-полупроводник по спектрам отражения и прохождения электромагнитного излучения // ЖТФ. 2006. Т. 76, вып. 5. С. 112-117.

96. Патент РФ 2622600 C2 МПК H01L 21/66 Способ измерения параметров полупроводниковых структур Усанов Д.А., Скрипаль А.В., Пономарев Д.В., Латышева Е.В. 16.06.2017 Бюл. № 17. Заявка: 2015150309 от 25.11.2015 Патентообладатель: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского».

97. Nozokido T., Bae J., Mizuno K. Scanning near-field millimeterwave microscopy using a metal slit as a scanning probe // IEEE Trans. On Microwave Theory and Techniques. 2001. V. 49, № 3. P. 491-499.

98. Golosovsky M., Galkin A., Davidov D. High-spatial resolution resistivity mapping of large-area YBCO films by a near-field millimeterwave microscope // IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques. 1996. V. 44, № 7. P. 13901392.

99. Nozokido T., Nuimura S., Hamano T., Bae J., Mizuno K. A new object mounting structure for use in millimeter-wave scanning near-field microscopy // IEICE Electronics Express. 2004. V. 1, № 6. P. 144-149.

100. Theerawisitpong S., Suzuki T., Negishi T., Watanabe Y. Near-field transmission imaging by 60 GHz band waveguide-type microscopic aperture probe // IEICE Trans. on Commun. 2007. V. E90-B, № 9. P. 2387-2393.

101. Imtiaz A., Anlage S., Novel A. Microwave Frequency Scanning Capacitance Microscope // Ultramicroscopy. 2003. V. 94, № 3-4. P. 209-216.

102. Feenstra B.J., Vlahacos C.P., Thanawalla A.S., Steinhauer D.E., Dutta S.K., Wellstood F.C., Anlage S.M. Niear-Field Scanning Microwave Microscopy: Measuring Local Microwave Properties and Electric Field Distributions // IEEE MTT-S Int. Microwave Symp. Digest. 1998. P. 965-968.

103. Dutta S.K., Vlahacos C.P., Steinhauer D.E., Thanawalla A.S., Feenstra B.J., Wellstood F.C., Anlage S.M., Newman H.S. Imaging Microwave Electric Fields Using a Near-Field Scanning Microwave Microscope // Appl.Phys.Lett. 1999. V. 74, № 1. Р.156-158.

104. Wei T., Xiang X.-D., Wallace-Freedman W.G., Schultz P.G. Scanning tip microwave near-fi eld microscope // Appl. Phys. Lett. 1996. V. 68, № 24. Р. 35063508.

105. Устройство для измерений диэлектрической проницаемости материалов: А.с. 1114979 СССР / Усанов Д.А., Вагарин А.Ю., Безменов А.А.; заявитель Саратовский ун-т; опубл. 07.08.84. Бюл. № 35. Приоритет 22.06.82.

106. Усанов Д.А., Коротин Б.Н. Устройство для измерения толщины металлических пленок, нанесенных на диэлектрическую основу// Приборы и техника эксперимента. 1985. № 1. С. 254.

107. Усанов Д.А., Безменов А.А., Коротин Б.Н. Устройство для измерения толщины диэлектрических пленок, нанесенных на металл // Приборы и техника эксперимента. 1986. № 4. С. 227-228.

108. Imtiaz A., Polak M., Anlage S.M., Barry J.D., Meingalis J. Nearfild microscopy on nanometer length scales // J.Appl.Phys. 2005. V.97, №4. 044302 (6 pag.).

109. Lee K.J., Kim J.Y., Yoo H.J., Yang J.I., Kim S.H. Near-fi eld Scanning, Microwave Microscope Using Dielectric Resonator. Pat. USA №US7,130,755B2. Data of patent Oct.31, 2006. Prior Publ. Data Nov. 3. 2005.

110. Imtiaz A., Anlage S. Effect of tip geometry on contrast and spatial resolution of the near-field microwave microscope // J.Appl.Phys. 2006. № 100. 044304 (8 pag.).

111. Imtiaz A., Baldwin T., Nembach H.T., Wallis T.M., Kabos P. Nearfield microwave microscope measurements to characterize bulk material properties // Appl.Phys.Lett. 2007. V. 90, № 24. 243105 (3 pag.).

112. Karbassi A., Paulson C.A., Kozyrev A.B., Banerjee M., Wang Y., Weide D.W. Quadraxial probe for high resolution near-field scanning rf/microwave microscopy // Appl. Phys. Lett. 2006. V. 89, № 15. 153113 (3 pag.)

113. Hong S., Kim J., Park W., Lee K. Imroved surface imaging with a near-field scanning microwave microscope using a tunable resonator // Appl. Phys. Lett. 2002. V. 80, № 3. Р. 524-526.

114. Weiqiang Sun, Yong Yang, Zhe Wu, Tao Feng, Qianwei Zhuang, Lian-Mao Peng, Shengyong Xu, and Chong Kim Ong Penetrative imaging of sub-surface microstructures with a near-field microwave microscope// Journal of Applied Physics 116, 044904 (1-9), 2014; doi: 10.1063/1.4891215

115. Ноздрин Ю.Н., Пестов Е.Е., Курин В.В., Барыщев С.В., Бобыль А.В.,

Карманенко С.Ф., Саксеев Д.А., Сурис Р.А. Влияние микроструктуры

эпитаксиальных пленок YBa2Cu3O7-x на их электрофизические и нелинейные

СВЧ-свойства // Физика твердого тела. 2006. Т. 48, вып. 12. С. 2136-2145.

124

116. Mircea D.I., Clinton T.W. Near-field microwave probe for local ferromagnetic resonance characterization // Appl.Phys.Lett. 2007. V. 90, № 14. 142504 (3pag.).

117. Valente L.A., Haigh A.D., Gibson A.P., Parkinson G., Jacova G., Withers P.U., Coopen-Holmes R. Coplanar Waveguide Scanning Microware Profiler // Proc. 37-th European Microwaves Conf. 8-12 Okt. 2007. Munich. Germany. P. 194-197.

118. Moreland R.L., Christem H.M., Talanov V.V., Schwartz A.R. Apertured probes for localized measurements of a material's complex permittivity and fabrication method. Pat. EP1408327 (A2). Publis. data of patent 14 apr. 2004. Prior. 16 sep. 2003.

119. Lai K., Ji M.B., Leindecker N., Kelly M.A., Shen Z.X. Atomic-forse microscope-compatible near-field scanning microwave microscope with separated excitation and sensing probes // Rev. of Scientific Instruments. 2007. V. 78, № 6. 063702.

120. Пат. РФ 2529417. Резонансное устройство для ближнеполевого СВЧ-контроля параметров материалов / Усанов Д.А., Горбатов С.С., Кваско В.Ю., Фадеев А.В.; Заявитель Саратовский ун-т. Опубл. 27.09.2014, Бюл. № 27. Приоритет 25.10.2013.

121. Пат. РФ на полезную модель 144 869 U1 МПК G01N 22/00 B82B 1/00. Устройство для определения диэлектрической проницаемости пластин и толщин нанометровых проводящих пленок / Д.А. Усанов, С.А Никитов, А.В. Скрипаль, В.Е. Орлов, А.П. Фролов. - № 2013125178/07. Заявл. 30.05.2013; Опубл. 10.09.2014, Бюл. № 25.

122. Усанов Д.А., Никитов С.А. Скрипаль А.В., Фролов А.П. Ближнеполевой сверхвысокочастотный микроскоп на основе фотонного кристалла с резонатором и регулируемым элементом связи в качестве зонда// Радиотехника и электроника. 2013, том. 58. № 12. С. 1071-1078.

123. Maxwell-Garnett J.C. // Philos. Transactions of the Royal Society. London. Ser. A. 1904. Vol. 203. P. 385-420.

124. Bruggeman D.A.G. // Annalen der Physik. (Leipzig) 1935. F. 5. B. 24. H. 8. S. 636-679.

125. Браун В.Ф. Диэлектрики. ИЛ, М. (1961). 326 с.

126. Hsien-Shun Wu, Ching-Kuang C. Tzuang Miniaturized High-Gain Synthetic Rectangular Waveguide Antenna of Near-Omnidirectional Radiation// Proc. of 34-rd European Microwave Conf. (Amsterdam, Netherlands, 12-14-th October 2004). -2004. - Vol. 2. - P. 1189-1192.

127. Кинетические свойства полупроводников в сильных электрических полях/ Э. Конуэлл. -Пер. с англ. А.Ф. Волкова и А.Я. Шульмана. М.: Мир, 1970. 302 с.

128. Стафеев В.И. Влияние сопротивления толщин полупроводника на вид вольтамперной характеристики диода//ЖТФ, 1958г., Т.28, №8, сс.1631-1642

129. Баранов Л.И., Климов Б.Н., Селищев Г.В. К вопросу о распределении носителей и изменений времени жизни в базовой области р-п-п+-диода при высоких уровнях инжекции// Радиотехника и электроника. 1966. Т.11, №8. С. 1441-1446.

130. Усанов Д.А., Горбатов С.С., Кваско В.Ю., Фадеев А.В., Калямин А.А. Пространственные осцилляции электрического поля и плотности заряда в кремниевомp-i-n-диоде // Письма в ЖТФ. 2014. Т. 40. Вып. 21. С. 104-110.

131. Баранов Л.И., Гаманюк В.Б., Усанов Д.А. и др. О методе расчета волноводных полупроводниковых модуляторов на основе распределения p-n-п+-структур// Радиотехника и электроника. 1973. Т.18. №6. С. 1307-1309.

132. Усанов Д.А., Скрипаль А.В., Абрамов А.В., Боголюбов А.С. Изменение типа резонансного отражения электромагнитного излучения в структурах нанометровая металлическая пленка - диэлектрик// Письма в ЖТФ. 2007. Т. 33, вып. 2, с. 13-22.

133. Bage A. and Das S. Compact Triple-Band Waveguide Bandpass Filter Using Concentric Multiple Complementary Split Ring Resonators// Journal of Circuits, Systems, and Computers Vol. 26, No. 6 (2017) 1750096 (12 pages) DOI: 10.1142/S0218126617500967

134. Teberio F., Soto P., Arregui I., Lopetegi T., Cogollos S., Arnedo I.,

Martin-Iglesias P., Boria V.E., and Laso M.A.G. Waveguide Band-Pass Filter with

Reduced Sensitivity to Fabrication Tolerances for Q-Band Payloads// Microwave

126

Symposium (IMS), 2017. 4-9 June. Honolulu Hawaii. IEEE MTT-S International P. 1464- 1467

135. Vittorio Tornielli di Crestvolant, Member, IEEE, and Fabrizio De Paolis Dimensional Synthesis of Evanescent-Mode Ridge Waveguide Bandpass Filters// IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. 66, No. 2, February 2018. P. 954-961

136. Kirilenko A., Rud L., Tkachenko V., and Kulik D. "Evanescent-mode ridged waveguide bandpass filters with improved performance," IEEE Trans. Microw. Theory Techn., vol. 50, no. 5, pp. 1324-1327, May 2002.

137. Bage A. and Das S. A Dual-Band Waveguide Bandpass Filter with Adjustable Transmission Zeros// Journal of Circuits, Systems, and Computers 2018. Vol. 27, No. 7 P. 1850100-1 - 1850100-13 DOI: 10.1142/S0218126618501001

138. Mondal P., Sahoo M. and Parui S.K. Improvement of Stop-band Performance of a CPW Bandpass Filter using DGS// Microwave and Optical Technology Letters. 2016. Vol. 58, No. 3, March. P. 593-597. DOI 10.1002

139. Chan K. Y., Ramer R., Mansour R. R. A Switchable Iris Bandpass Filter Using RF MEMS Switchable Planar Resonators// IEEE Microwave and Wireless Components Letters. 2017.Vol. 27. Issue 1. Jan. p.34 - 36. DOI: 10.1109/LMWC.2016.2629960

140. Saha P. K. and Guha D. Bandwidth and Dispersion Characteristics of a New Rectangular Waveguide with Two L-Shaped Septa// IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES. 1999. VOL. 47. NO. 1. P. 8792.

141. Земляков В.В., Заргано Г.Ф., Крутиев С.В. Волноводный полосно-пропускающий фильтр на сложных резонансных диафрагмах// Радиотехника и электроника. 2015. Т. 60. № 12. С. 1231-1236.

142. Stefanovski S. Lj., Potrebic M. M., Tosic D. V. A novel design of E-plane bandstop waveguide filter using quarter-wave resonators// Optoelectronics and Advanced Materials - Rapid Communications. 2015. Vol. 9, No. 1-2, January -February. P. 87 - 93.

143. Stefanovski S., Potrebic M., Tosic D., and Cvetkovic Z. Bandstop Waveguide Filters with Two or Three Rejection Bands// PROC. 29th INTERNATIONAL CONFERENCE ON MICROELECTRONICS (MIEL 2014), BELGRADE, SERBIA, 12-14 MAY, 2014

144. Mrvi'c. M.V. Potrebic M. M. Tosi'c D. V. Compact H-plane dual-band bandstop waveguide filter// J Comput Electron DOI 10.1007/s10825-017-1025-4.Hublished online 23 June 2017.

145. Sorkherizi M. S. and Kishk A. A. Bandstop Filters on Double Ridge Waveguide with Wide Matched Passbands// (ANTEM), 2016 17th International Symposium on Antenna Technology and Applied Electromagnetics. Montréal, QC, Canada. 24.10.2016-28.10. 2016. P.1-2

146. Motakabber S. M. A. and Suharsono M. S. Design and analysis of planar spiral resonator bandstop filter for microwave frequency// IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 260 (2017) 012016 doi:10.1088/1757-899X/260/1/012016 6th International Conference on Mechatronics - ICOM'17 IOP Publishing

147. Weng L. H., Guo Y. C., Shi X. W., and Chen X. Q. An overview on defected ground structure// Progress In Electromagnetics Research B, 2008. Vol. 7. P. 173-189.

148. Lee S., Oh S., Yoon W.S., and Lee J. DOUBLE HAIRPIN-SHAPED DEFECTED GROUND STRUCTURES WITH A HIGH Q FACTOR// MICROWAVE AND OPTICAL TECHNOLOGY LETTERS / Vol. 58, No. 6, June 2016 DOI 10.1002/mop Received 18 September 2015

149. Yang Y., Zhang Y.H., Fan Y. and Li Y.X. U-band finline bandstop filter with dual-mode resonator// International Journal of Microwave and Wireless Technologies, 2015, 7(2), 135-139. # Cambridge University Press and the European Microwave Association, 2014 doi:10.1017/S1759078714000701

150. Chan K. Y., Ramer R., Mansour R. R., Sorrentino R. Design of Waveguide Switches Using Switchable Planar Bandstop Filters// IEEE Microwave

and Wireless Components Letters Volume: 26, Issue: 10, Oct. 2016 Page(s): 798 -800 DOI: 10.1109/LMWC.2016.2605459

151. Pendry J. B., Holden A. J., Robbins D. J. & Stewart W. J. Magnetism from conductors and enhanced nonlinear phenomena. IEEE Trans. Microw. Theory Tech. 1999. Vol. 47. P. 2075-2084.

152. Нелин Е.А. Фазовая аподизация кристаллоподобных структур// Журнал технической физики, 2006, том 76, вып. 8. С. 140-142.

153. Yokoi N., Fujisawa T., Saitoh K., and Koshiba M. Apodized photonic crystal waveguide gratings// Optics Express. 15 May 2006. Vol. 14, No. 10. P. 44594468.