Основные положения теории высоколокального сканирующего СВЧ нагрева полупроводников и диэлектриков

Abstract

В работе развиты предшествующие теоретические и экспериментальные исследования локального СВЧ нагрева полупроводников, диэлектриков и биообъектов. В результате сформулированы положения, оценивающие зависимость кинетики и локальности нагрева от длительности воздействующего СВЧ импульса, термодинамических характеристик объекта и геометрии острия СВЧ зонда. Показано, что при сферической форме острия локальность установления температуры в приповерхностной области объекта под СВЧ зондом характеризуется малоизменяющимся микронным объемом (порядка 1 мкм3) при радиусе сферы от 1 до примерно 100 мкм. При радиусе сферы менее 1 мкм локальность становится субмикронной и улучшается с уменьшением радиуса. Длительность воздействия слабо влияет на локальность при сферической форме острия. При острие конической формы имеет место прямая зависимость локальности от радиуса острия и существенна делокализация с увеличением длительности воздействия. Отдельно представлены зависимости кинетики от физических параметров объекта.

У роботі розвинуті попередні теоретичні та експериментальні дослідження локального НВЧ нагріву напівпровідників, діелектриків та біооб’єктів. У результаті сформульовані положення які оцінюють залежність кінетики та локальності нагріву від тривалості впливу НВЧ імпульсу, термодинамічних характеристик об’єкта та геометрії вістря НВЧ зонду. Показано, що при сферичній формі вістря локальність встановлення температури у приповерхневій області об’єкта під НВЧ зондом характеризується малозмінним мікронним об’ємом (порядку 1 мкм3) при радіусі сфери від 1 до, приблизно, 100 мкм. При радіусі сфери менше 1 мкм локальність стає субмікронною та покращується зі зменшенням радіуса. Тривалість впливу слабо впливає на локальність при сферичній формі вістря. При вістрі конічної форми має місце пряма залежність локальності від радіуса вістря та суттєва делокалізація зі збільшенням тривалості впливу. Окремо представленні залежності кінетики від фізичних параметрів об’єкта.

In this work, the previous theoretical and experimental researches of local microwave heating of semiconductors, dielectrics and biological objects are improved. As a result, the provisions evaluating the dependence of the kinetics and local heating from duration of microwave pulse, the thermodynamic characteristics of the object and the geometry of the tip of the microwave probe are set forth. It is shown that with the spherical shape of the tip the localization of the temperature setting in the surface region of the object under the microwave probe is characterized by a small change in volume of a micron (about 1 mcm3) with a radius of the sphere from 1 to about 100 microns. With a radius of less than 1 micron the sphere localization becomes submicron sized and improves with decrease in the radius. The duration of exposure has little effect on the localization if the edge has a spherical shape. With the tip of the conical shape there is a direct dependence of the localization from the radius of the tip and significant delocalization with increase of the exposure duration. Separately the dependences of kinetics from the physical parameters of the object are presented.