Введение
Электрическое сопротивление тонкой пленки
Сопротивление листа – это сопротивление квадратного фрагмента тонкого материала с контактами, приложенными к двум противоположным сторонам квадрата. Обычно это измерение электрического сопротивления тонких пленок с равномерной толщиной. Оно широко используется для характеристики материалов, полученных методами полупроводникового легирования, напыления металла, печати резистивных паст и нанесения стеклянных покрытий. Примеры таких процессов: легированные полупроводниковые области (например, кремний или поликремний) и резисторы, наносимые методом трафаретной печати на подложки гибридных микросхем на тонких пленках. Преимущество измерения сопротивления листа по сравнению с измерением сопротивления или удельного сопротивления заключается в том, что оно может быть измерено непосредственно с помощью четырехточечного зонда (также известного как четырехконтактное измерение) или косвенно с помощью бесконтактного прибора, основанного на вихревых токах. Сопротивление листа не изменяется при изменении размеров контакта с пленкой и поэтому может использоваться для сравнения электрических свойств устройств, существенно различающихся по размерам.
Единицы
Сопротивление листа – это частный случай удельного сопротивления для листов с равномерной толщиной. Обычно удельное сопротивление (также известное как объемное сопротивление, удельное электрическое сопротивление или сопротивление материала) измеряется в Ом·м, что более точно выражается в единицах Ом·м²/м (Ом·площадь/длина). При делении на толщину листа (м) получаем единицы измерения Ом·м·(м/м)/м = Ом. Член "(м/м)" сокращается, но отражает особую "квадратную" ситуацию, дающую результат в омах. Альтернативной, распространенной единицей является "ом на квадрат" (обозначается "") или "омы на квадрат" (обозначается "Ω/кв" или ""), которая эквивалентна одному ому по размерности, но используется исключительно для сопротивления листа. Это преимущество, поскольку сопротивление листа в 1 Ом может быть вырвано из контекста и ошибочно истолковано как объемное сопротивление в 1 Ом, в то время как сопротивление листа в 1 Ом/кв не может быть истолковано таким образом. Название "ом на квадрат" происходит от того факта, что квадратный лист с сопротивлением 10 Ом/кв имеет фактическое сопротивление 10 Ом, независимо от размера квадрата. (Для квадрата, , следовательно, .) Эту единицу можно условно рассматривать как "омы · коэффициент формы". Пример: лист размером 3 единицы в длину и 1 единица в ширину (коэффициент формы = 3), изготовленный из материала с сопротивлением листа 21 Ом/кв, будет иметь сопротивление 63 Ом (поскольку он состоит из трех квадратов размером 1 единица на 1 единицу), если к краям длиной 1 единица подключен омметр, обеспечивающий полный контакт по всей длине каждого края.
Измерение
Для предотвращения сопротивления контакта, которое часто может быть сопоставимо с сопротивлением слоя, используется четырехточечный зонд. Обычно постоянный ток подается на два зонда, а потенциал на двух других зондах измеряется вольтметром с высоким входным сопротивлением. Необходимо учитывать геометрический фактор, зависящий от формы четырехточечной конфигурации. Две распространенные конфигурации – квадратная и линейная. Более подробную информацию можно найти в методе Ван дер Пау. Измерение также может быть выполнено путем подведения высокопроводящих шин к противоположным краям квадратного (или прямоугольного) образца. Сопротивление на единицу площади измеряется в Ом на квадрат (Ω/кв). Для прямоугольника вводится соответствующий геометрический поправочный коэффициент. Шины должны обеспечивать омический контакт. Также применяется индуктивное измерение. Этот метод измеряет экранирующий эффект, создаваемый вихревыми токами. В одной из реализаций этой методики проводящий лист, подвергаемый исследованию, помещается между двумя катушками. Этот бесконтактный метод измерения сопротивления слоя также позволяет характеризовать тонкие пленки в оболочке или пленки с неровной поверхностью. Очень приблизительный метод двухточечного зондирования заключается в измерении сопротивления при близком и дальнем расположении зондов. Разница между этими двумя значениями сопротивления будет порядка величины сопротивления слоя.
Типичные применения
Измерения сопротивления листового слоя широко используются для оценки однородности проводящих или полупроводниковых покрытий и материалов, например, для контроля качества. Типичные области применения включают оперативный контроль процесса при нанесении металлических покрытий, TCO, проводящих наноматериалов или других покрытий на архитектурное стекло, подложки, плоские дисплеи, полимерные пленки, OLED, керамику и т.д. Четырехточечный контактный зонд часто используется для точечных измерений твердых или шероховатых материалов. Бесконтактные системы на основе вихревых токов применяются для чувствительных или герметизированных покрытий, для оперативных измерений и для создания карт с высоким разрешением.