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固体介电常数测量方法的对比研究

陈琦  
【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。


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