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固体介电常数测量方法的对比研究

作　者: 陈琦
导　师: 刘林华
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 工程热物理
关键词: 光学性质 测量方法 温度依赖性
分类号: TB302
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


材料介电常数是研究材料辐射特性的重要物性参数。固体的光学性质主要受三个物理过程影响：电子跃迁、晶格振动和自由载流子效应。在不同频区，影响金属、绝缘体和半导体的光学性质的主导物理机制不同，另外温度通过影响固体内部的物理过程，影响着固体的光学常数。本文利用Lorentz-Drude和Drude模型计算了几种重要金属Ag、Au、Cu、Ni等在0.1~10μm内的介电谱，用黄昆-玻恩模型计算了半导体SiC和GaN在远红外的介电谱。对比研究了利用K-K色散的反射光谱法、不用K-K色散的反射法、透射法、吸收光谱法和椭偏法，并对正入射反射法和椭偏法给出关于实验测量敏感性的讨论。利用经典pole-fit模型计算温度对绝缘体材料Y2O3的光学性质的影响。研究表明，温度使得Y2O3在远红外区的介电函数实部和普通折射率增大，对介电虚部与消光系数的影响相对较小，振荡区的峰值有一定的红移现象。利用Holstein声子-电子散射模型、Lawrence的电子-电子散射模型以及声子-电子散射简化模型计算了金属光学性质的温度依赖性。在金属的Drude模型中，随温度的增大，ωc增大，Ag、Au、Cu的介电实部增加，介电虚部、折射率和消光系数的的温度依赖性较为复杂，与研究的频率相关。最后，利用红外光谱椭偏仪实验测量了Cu在不同温度下的红外介电谱。实验表明，在中红外区域，随着温度的增加，Cu的折射率增加，消光系数、介电函数实部的绝对值和虚部值先增加后减小。温度不太高且波长较小时，光学常数的计算值与实验值差值较小。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-16
  1.1 研究背景与意义  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-15
    1.2.1 介电常数理论的研究  9-11
    1.2.2 光学常数的实验研究  11-12
    1.2.3 光学常数温度依赖性的研究  12-15
  1.3 本文研究的工作  15-16
第2章 固体介电常数的物理模型  16-29
  2.1 介电常数概念  16-22
    2.1.1 决定光学性质的物理机制  17-20
    2.1.2 绝缘体的光学性质  20
    2.1.3 金属的光学性质  20-21
    2.1.4 半导体的光学性质  21-22
  2.2 常温下几种典型材料光学常数的计算  22-28
    2.2.1 几种金属光学常数的计算  22-26
    2.2.2 红外区半导体光学常数的计算  26-28
  2.3 本章小结  28-29
第3章 介电常数测量方法的对比研究  29-50
  3.1 反射光谱结合 K-K 分析法  29-37
    3.1.1 菲涅尔定理  29-30
    3.1.2 反射光谱原理  30-31
    3.1.3 K-K 反射光谱法评价  31-32
    3.1.4 正入射反射率对光学常数的灵敏度  32-37
  3.2 不用 K-K 分析的反射法  37-39
    3.2.1 基本原理和分类  37-38
    3.2.2 各反射方法的讨论  38-39
  3.3 透射法  39-40
  3.4 吸收光谱法  40-41
    3.4.1 光声法  40
    3.4.2 光热法  40-41
  3.5 椭偏法  41-49
    3.5.1 椭偏法测量原理  41-43
    3.5.2 椭偏法评价  43
    3.5.3 椭偏法与反射法的比较  43-44
    3.5.4 样品表面污染物对测量的影响  44-45
    3.5.5 椭偏法灵敏度分析  45-49
  3.6 本章小结  49-50
第4章 温度对固体光学性质的影响  50-67
  4.1 单声子区温度影响  50-53
    4.1.1 单声子模型对温度的依赖  50-51
    4.1.2 利用单声子计算 Y2O3光学常数  51-53
  4.2 基于 Drude 模型的理论研究  53-61
    4.2.1 Drude 理论温度修正  53-55
    4.2.2 利用修正模型计算  55-61
  4.3 温度对金属光学常数影响的实验研究  61-66
    4.3.1 实验结果  62-66
  4.4 本章小结  66-67
结论  67-68
参考文献  68-73
攻读学位期间发表的学术论文  73-76
致谢  76

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 工程材料一般性问题 > 工程材料试验
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