III. Исследование коэффициента отражения аморфных композитных пленок
Для оцифровки полученных графиков использовали программу GetData Graph Digitizer. Процесс оцифровки состоит из четырех шагов:
1. Загрузка изображения. Программа поддерживает графические форматы: TIFF, JPEG, BMP и PCX.
2. Установка системы координат. Используя соответствующую команду, задавали необходимые положения и значения точек Xmin, Xmax, Ymin, Ymax. В программе есть функция «Сетка» с регулируемым масштабом, которая позволяет более точно установить систему координат.
3. Оцифровка изображения. Имеется два алгоритма для автоматической оцифровки: авто трассировка линий и оцифровка области. Также возможна оцифровка вручную, когда работаем в «Режиме установки точек».
Использовали метод «Оцифровка области». Метод работает для всех типов линий. Выбираем на изображении цвет линии, которую необходимо оцифровать. Затем выделяем область для оцифровки при нажатой левой кнопке мыши. Можно менять расстояние между линиями сетки, передвигать или вращать сетку, также удалять точки с помощью «Ластика».
Затем с помощью команды «Изменение порядка точек» последовательно выделили все установленные точки. Таким образом, все точки нумеруются в необходимом порядке.
4. Экспорт данных. С помощью соответствующей команды экспортировали данные в XLS файл. Также возможен экспорт в TXT, XML, DXF, EPS файлы.
С помощью программы Origin построили зависимости коэффициента отражения от частоты для каждой измеренной пленки. Частота изменяется в диапазоне 7 – 12 ГГц. Таким образом, получили три зависимости: для левых, правых и центральных частей пленок.
Рис. 3. Зависимость коэффициента отражения от частоты для левых частей пленок.
Из рисунка видно, что для пленок №1 - №4 коэффициент отражения уменьшается с увеличением частоты. При этом диапазон изменения коэффициента увеличивается с 1.12∙10-3 до 1.04∙10-1. В пленках №5 - №12 этот диапазон увеличивается с 7.78∙10-2 (пленка №9) до 1.63∙10-1 (пленка №10). Также заметим, что в пленках №7 и №10 на частоте 10 ГГц наблюдается уменьшение до минимального значения, затем увеличение коэффициента отражения. В пленках №5 - №12 в конце частотного диапазона наблюдается возрастание коэффициента отражения.
Рис. 4. Зависимость коэффициента отражения от частоты для правых частей пленок.
Для пленок №3 - №6 наблюдается уменьшение коэффициента отражения с возрастанием частоты. Однако для пленки №3 эта зависимость практически незаметна, т.к. диапазон изменения коэффициента очень мал, равен 3.87∙10-3. Диапазон изменения R увеличивается до 1.45∙10-1. При этом в пленках №5 и №6 в конце зависимости R все-таки начинает увеличиваться. В пленках №7 - №12 коэффициент изменяется в диапазоне от 8.36∙10-2 (пленка №10) до 1.32∙10-1 (пленка№11). В конце зависимостей данных пленок также видно возрастание R. У пленок №9 и 11 зависимость R(f) практически одинакова, диапазон изменения R для пленки №9 равен 1.27∙10-1.
Рис. 5. Зависимость коэффициента отражения от частоты для центральных частей пленок.
Аналогично предыдущим зависимостям, в первых пленках, т.е. №1, 2 и 4, наблюдается уменьшение R. В №1 и 2 зависимость практически незаметна, т.к. диапазон изменения R мал, для пленки №1 он равен 8.12∙10-4, а для №2 – 5.76∙10-4. У пленок №7, 8 и 11 этот диапазон увеличивается до 8.49∙10-2 (№8). Также у пленок №11 и 7 на частоте ≈10.13 ГГц наблюдается уменьшение R до минимального значения.
Для всех частей пленок данной серии неравномерная зависимость R(f) связана с неоднородной структурой пленок.
Получена зависимость коэффициента отражения (R) от толщин композитных пленок (d).
Для значения частоты 8 ГГц для каждой пленки определили значение коэффициента отражения. Получили зависимость коэффициента отражения от толщин пленок. Экспериментальные точки аппроксимировали кривой:
(4)
Рис. 6. Зависимость коэффициента отражения от толщины пленок.
На графике имеются обозначения: квадратами представлены экспериментальные точки, относящиеся к центральным частям пленок, треугольниками – правые части, окружностями – левые части. Из зависимости видно, что при значении толщины пленок d > 0.85 мкм точки имеют разброс и отклонения относительно кривой аппроксимации в диапазоне изменения коэффициента отражения до 5.85∙10-2. Для значений толщин d < 0.85 мкм кривая проходит через все экспериментальные точки. Также при значениях d в диапазоне 0.75 – 0.83 мкм наблюдается резкое увеличение коэффициента отражения с 1.12∙10-4 до 8.24∙10-1.
Получена зависимость коэффициента отражения (R) от толщин металлической фазы пленок (def), вычисленных по формуле (3).
Рис. 7. Зависимость коэффициента отражения от эффективной толщины с учетом состава пленки.
Сравнивая с зависимостью коэффициента отражения от толщины пленок, можно заметить, что учет влияния металлической фазы позволяет добиться более равномерного распределения экспериментальных точек вдоль кривой аппроксимации и избежать сильного разброса. Диапазон отклонения R составляет 6.23∙10-2. Небольшие отклонения наблюдаются только при значениях def > 0.6 мкм. На диапазоне def 0.4 – 0.55 мкм наблюдается резкое увеличение коэффициента отражения с 1.12∙10-4 до 8.24∙10-1.