一種薄層材料方塊電阻測(cè)試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種導(dǎo)電薄層材料方塊電阻測(cè)試方法，薄層材料包括單層或多層涂料 和薄膜材料，運(yùn)些薄層材料可能是獨(dú)立的或受到非導(dǎo)電基片支撐的。
【背景技術(shù)】
[0002] 方塊電阻是薄層材料的重要電性能之一，它的精確測(cè)量是評(píng)估和監(jiān)測(cè)半導(dǎo)體材料 的重要手段。同時(shí)薄層材料在電子器件制作中得到廣泛應(yīng)用，它的方塊電阻性能直接影響 器件的質(zhì)量。薄層金屬、合金、半導(dǎo)體材料和基片上的導(dǎo)電涂層材料應(yīng)用于半導(dǎo)體器件制造 和電子線路連接，還有物體表面改性和防護(hù)。
[0003] 目前的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)"GB/T14141-2009娃外延層、擴(kuò)散層和離子注入層薄層電阻的 測(cè)定直排四探針法"對(duì)測(cè)試半導(dǎo)體材料薄層電阻的四探針法作了詳細(xì)規(guī)定，要求探針針尖 為半球形（半徑為35Jim-250ym)或平的圓截面（半徑為50Jim-125ym)。
[0004] 直排四探針法中兩端電極在樣品中產(chǎn)生的電勢(shì)場(chǎng)不可避免地受到中間兩個(gè)測(cè)量 電極的影響。運(yùn)個(gè)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格要求相鄰探針之間距離為1. 59mm，限定了樣品表面的測(cè)量范圍。 為了避免小探針接觸點(diǎn)電加熱對(duì)測(cè)量表面的影響，要求探針電流小于100mA，同時(shí)由于被測(cè) 材料表面的探針壓痕形狀難W控制，需要進(jìn)行重復(fù)測(cè)試W保證測(cè)量結(jié)果的可靠性和提高測(cè) 量精度?？傊迸潘奶结樂y(cè)量薄層材料的方塊電阻過程繁復(fù)，對(duì)測(cè)量?jī)x器及操作技能要 求很高，限制了它的更廣泛應(yīng)用。
[0005] 而對(duì)于固體絕緣材料，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)"GB/T1410-2006固體絕緣材料體積電阻率和表 面電阻率試驗(yàn)方法"規(guī)定了采用同屯、環(huán)形電極測(cè)量平板材料表面電阻率的測(cè)定程序和計(jì)算 方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種薄層 材料方塊電阻測(cè)試方法，能夠改善現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述困難，對(duì)電極直徑?jīng)]有限制，較大 直徑電極可W減小電極/基片界面接觸電阻及電加熱對(duì)樣品表面的影響。
[0007] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的一種薄層材料方塊電阻測(cè)試方法，包括：在薄層 材料的表面安裝二個(gè)圓形或圓環(huán)形的電極；對(duì)所述電極之間的電阻進(jìn)行測(cè)量；根據(jù)理論模 型，從測(cè)量的所述電極之間的電阻、各所述電極的直徑和所述電極之間的距離計(jì)算所述薄 層材料的方塊電阻。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明，計(jì)算由圓形或圓環(huán)形電極對(duì)通過直流電流時(shí)在薄層材料中產(chǎn)生的電 勢(shì)和電流場(chǎng)分布。同時(shí)提供一種計(jì)算電極對(duì)之間薄層材料中電阻的計(jì)算方法，然后通過測(cè) 量運(yùn)個(gè)電阻測(cè)定薄層材料的方塊電阻。本發(fā)明的方法對(duì)電極直徑?jīng)]有限制，且圓環(huán)形電極 在測(cè)量中和圓形電極有相同的功能，圓環(huán)形電極還有可能改善電極邊緣與薄層材料的接 觸。
[0009] 又，在本發(fā)明中，所述薄層材料為導(dǎo)電材料，包括金屬材料、合金材料、或半導(dǎo)體材 料。此外，所述薄層材料可包括單層材料或多層材料，且所述薄層材料可w是獨(dú)立的或者由 非導(dǎo)電基片支撐。
[0010] 又，在本發(fā)明中，所述電極可連接于所述薄層材料和電路之間，所述電極可通過導(dǎo) 電體表面受壓接觸、膠粘、焊接、電焊的方式連接于所述薄層材料。
[0011] 又，在本發(fā)明中，所述薄層材料的厚度均勻，優(yōu)選地，其不均勻度小于1% ;且所述 薄層材料的厚度遠(yuǎn)小于所述電極的直徑，優(yōu)選地，小于最小電極直徑的1/10。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明，薄層材料中由圓形電極對(duì)通過直流電流時(shí)產(chǎn)生的電勢(shì)和電流場(chǎng)分布 在材料深度方向是均勻的，理論分析上可W按照二維場(chǎng)問題處理。
[0013] 又，在本發(fā)明中，所述薄層材料的平面尺寸遠(yuǎn)大于所述電極之間的距離，優(yōu)選地， 大于10倍電極之間的距離，其中所述平面尺寸包括所述薄層材料的長(zhǎng)、寬或直徑。
[0014] 又，在本發(fā)明中，所述電極與所述薄層材料的邊緣之間的距離遠(yuǎn)大于所述電極之 間的距離，優(yōu)選地，大于5倍電極之間的距離。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明，薄層材料的平面尺寸遠(yuǎn)大于電極之間的距離，且每個(gè)電極與材料邊 緣的最近距離遠(yuǎn)大于電極之間的距離，運(yùn)樣在材料邊緣電勢(shì)和電流分布均很小，可W忽略 邊緣反射效應(yīng)。
[0016] 又，在本發(fā)明中，可利用點(diǎn)源模型計(jì)算圓形或圓環(huán)形的所述電極在所述薄層材料 中產(chǎn)生的電勢(shì)和電流場(chǎng)分布。
[0017] 又，在本發(fā)明中，要求電極材料的電導(dǎo)率遠(yuǎn)大于薄層材料的電導(dǎo)率，所W對(duì)每個(gè)電 極它的電勢(shì)分布是均勻的，且要求電極和薄層材料在界面的接觸電阻很小。即相比薄層材 料中的電阻，電極中電阻和電極/薄層材料界面的接觸電阻很小，在測(cè)試中可W忽略不 計(jì)。類似地，測(cè)量中認(rèn)為電極引線的電阻已知或很小。所W理論分析中不考慮電極中電阻、 電極引線的電阻和電極/基片界面接觸電阻的影響。
[0018] 根據(jù)下述【具體實(shí)施方式】并參考附圖，將更好地理解本發(fā)明的上述內(nèi)容及其它目 的、特征和優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0019] 圖1為圓形電極測(cè)量薄層材料方塊電阻方法示意圖； 圖2是顯示利用公式（1)和（4)計(jì)算二個(gè)點(diǎn)電極通過直流電流在薄層材料中產(chǎn)生的等 勢(shì)圓和電流線分布的示意圖。
[0020] 符號(hào)標(biāo)記： 1，薄層材料；2,電極A(第一電極）；3,電極B(第二電極）；4,電極引線。
【具體實(shí)施方式】
[0021] W下結(jié)合附圖和下述實(shí)施方式進(jìn)一步說明本發(fā)明，應(yīng)理解，附圖及下述實(shí)施方式 僅用于說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。
[0022] 圖1為圓形電極測(cè)量薄層材料方塊電阻方法示意圖。其中作為第一電極2的電極 A和作為第二電極3的電極B的半徑分別是r,和re，二個(gè)電極中屯、之間的距離是L。
[002引圖2是顯示利用公式（1)和（4)計(jì)算二個(gè)點(diǎn)電極通過直流電流在薄層材料中產(chǎn) 生的等勢(shì)圓和電流線分布的圖，其中，二個(gè)點(diǎn)電極分別對(duì)稱地位于X軸上（X1/2-X2/2,0) 和（X2/2-Xi/2,0)處。環(huán)繞點(diǎn)電極的實(shí)線圓圈代表等勢(shì)線，由大到小它們的半徑分別是 0. 5L。，0. 25L。，0. 1L。，0. 05L。和0.OIL。。運(yùn)里U=X2-Xi是二個(gè)點(diǎn)電極之間的距離。虛線代 表薄層材料中的電流線，代表從兩個(gè)點(diǎn)電極位置相隔15°角度發(fā)出電流的路徑。虛線的密 度代表電流強(qiáng)度的大小。小插圖顯示的是右邊點(diǎn)電極附近的電勢(shì)和電流場(chǎng)分布情況，表明 越靠近點(diǎn)電極，等勢(shì)圓圓屯、偏離點(diǎn)電極位置越小和電流強(qiáng)度在角度方向的分布越均勻。根 據(jù)公式（2)和（3)計(jì)算，左邊等勢(shì)圓圓屯、在X軸上的位置是-(Xi+X2)/2,右邊等勢(shì)圓圓屯、在 L- (X1+X2) /2 <3
[0024] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明提供了一種薄層材料方塊電阻測(cè)試方法，包括：在 薄層材料的表面安裝二個(gè)圓形或圓環(huán)形的電極；對(duì)所述電極之間的電阻進(jìn)行測(cè)量；根據(jù)理 論模型，從測(cè)量的所述電極之間的電阻、各所述電極的直徑和所述電極之間的距離計(jì)算所 述薄層材料的方塊電阻。
[00巧]根據(jù)本發(fā)明，計(jì)算由圓形或圓環(huán)形電極對(duì)通過直流電流時(shí)在薄層材料中產(chǎn)生的電 勢(shì)和電流場(chǎng)分布。同時(shí)提供一種計(jì)算電極對(duì)之間薄層材料中電阻的計(jì)算方法，然后通過測(cè) 量運(yùn)個(gè)電阻測(cè)定薄層材料的方塊電阻。本發(fā)明的方法對(duì)電極直徑?jīng)]有限制。本發(fā)明中薄層 材料是指單層或多層涂料和薄膜材料，運(yùn)些薄層材料可能是獨(dú)立的或受到非導(dǎo)電基片支