導(dǎo)電薄膜電阻測(cè)量技術(shù)的可靠性研究

2009-10-02 謝鴻波廣州半導(dǎo)體材料研究所

　　隨著濺射技術(shù)、靶材技術(shù)的發(fā)展深入和成熟，使以氧化銦錫透明導(dǎo)電玻璃（ITO玻璃）為代表的導(dǎo)電薄膜材料的制造和應(yīng)用越來越廣泛。ITO玻璃目前是與液晶顯示等平面顯示技術(shù)配套的關(guān)鍵組件。從1987年起至今，ITO玻璃的制造在國(guó)內(nèi)已有二十年的歷史。產(chǎn)品已廣泛用于電子手表、計(jì)算器、游戲機(jī)、移動(dòng)電話、電腦顯示器、平面電視等消費(fèi)類產(chǎn)品，以及各種光電儀器設(shè)備和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中的透明導(dǎo)電電極等�，F(xiàn)在，國(guó)內(nèi)已有ITO玻璃生產(chǎn)企業(yè)的單位年生產(chǎn)能力由60萬片提高到了2000萬片。產(chǎn)品也從TN型ITO玻璃，延伸到STN型、觸摸屏、彩色濾光片……眾多品種。

1、導(dǎo)電薄膜材料的檢測(cè)參數(shù)

　　面對(duì)越來越大量的導(dǎo)電薄膜材料的生產(chǎn)造，如何保證產(chǎn)品的質(zhì)量？除了要求生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)線穩(wěn)定性不斷提高，檢測(cè)技術(shù)在此也提供了強(qiáng)有力的支撐作用。

　　ITO玻璃的產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)包括以下幾個(gè)方面：尺寸、方塊電阻、蝕刻性能、ITO膜層耐堿性、光電性能和可靠性等。除尺寸方面的檢測(cè)僅與玻璃原片有關(guān)外，其余幾個(gè)方面都與ITO玻璃生產(chǎn)的工藝過程有關(guān)。由于國(guó)內(nèi)大多數(shù)ITO 玻璃生產(chǎn)企業(yè)自己不生產(chǎn)玻璃原片，所以與生產(chǎn)企業(yè)有關(guān)的ITO 玻璃產(chǎn)品質(zhì)量參數(shù)就是：方塊電阻、蝕刻性能、ITO膜層耐堿性、光電性能和可靠性等。以上幾個(gè)參數(shù)是由ITO 玻璃生產(chǎn)的工藝過程所確定，同時(shí)各個(gè)參數(shù)之間也存在必然的關(guān)聯(lián)�？梢哉f，這幾個(gè)參數(shù)中的每一個(gè)，都可以是以其余參數(shù)為變量的函數(shù)。事實(shí)上，在生產(chǎn)線的技術(shù)條件穩(wěn)定，靶材選擇固定的條件下，檢測(cè)以上幾個(gè)參數(shù)的任意一個(gè)，其結(jié)果都有代表性的意義。所以，我們選取方塊電阻作為經(jīng)常性檢測(cè)的參數(shù)。因?yàn)閷?duì)方塊電阻的檢測(cè)操作最簡(jiǎn)便，檢測(cè)成本最低，并且瞬間就可以得到檢測(cè)結(jié)果。

2、薄膜電阻的測(cè)量原理

　　薄膜的膜層電阻通常以方塊電阻（或面電阻、薄層電阻）來表示。按照電阻定律：

R = ρ × L/S （1）

　　式中R 代表樣品電阻，ρ 代表樣品電阻率，L代表電流方向上的樣品長(zhǎng)度，S 代表樣品垂直于電流方向上的截面積。

膜層電阻

圖1 膜層電阻

　　可以得出膜層電阻的測(cè)量原理如下：如圖1所示，G表示玻璃原片；ITO表示被濺射在玻璃原片上的氧化銦錫膜層；D表示膜層的厚度；I表示平行于玻璃原片表面而流經(jīng)膜層的電流；L1表示在電流方向上被測(cè)膜層的長(zhǎng)度；L2表示垂直于電流方向上被測(cè)膜層的長(zhǎng)度。根據(jù)式（1），則膜層電阻R為：

R = ρ×L1/（L2×D）（2）

　　式中ρ 為膜層材料的電阻率。當(dāng)（2）式中L1=L2時(shí)，定義這時(shí)的膜層電阻R 為膜層的方塊電阻R□：

R□ = ρ/D（單位：Ω/□）（3）

　　它表示膜層的方塊電阻值僅與膜層材料本身和膜層的厚度有關(guān)，而與膜層的表面積大小無關(guān)。這樣，任意面積的膜層電阻R 的計(jì)算，由式（2）和式（3）得出：

R=R□（L1/L2）（單位Ω）（4）

　　目前在實(shí)際的測(cè)量中，通常測(cè)量的是膜層的方塊電阻。在線檢測(cè)的儀器基本上采用“直排四探針”方法對(duì)膜層的方塊電阻進(jìn)行測(cè)量。原理如圖2 所示。圖中1、2、3、4 表示四根探針；S表示探針間距；I表示從探針1流入、從探針4流出的電流（單位：mA）；△V表示探針2、3間的電位差(單位：mV)。

方塊電阻的測(cè)量