探究金屬薄膜厚度對其電阻率的影響

1、探究金屬薄膜厚度對其電阻率的影響討論薄膜電阻率的尺寸效應(yīng)作者：  相關(guān)鏈接： 實(shí)驗(yàn)?zāi)康膎        進(jìn)一步掌握四探針測量電阻率以及干涉顯微鏡測量膜厚的原理和方法 n        要求得出金屬薄膜厚度對其電阻率影響的定性結(jié)論 n        分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果和各種實(shí)驗(yàn)誤差  實(shí)驗(yàn)原理n      

2、  S為探針間距，當(dāng)樣品厚度時(shí)，有：這就是常用的薄片電阻率的測量公式。n        薄膜樣品臺(tái)階處的干涉條紋，由于薄膜樣品的兩個(gè)表面有光程差，干涉條紋發(fā)生了彎曲，干涉條紋間距為，條紋移動(dòng)，則厚度為：為綠光波長，可取為 530 nmn        電阻率與厚度的關(guān)系=      薄膜在010 nm時(shí)，電阻率較大=      厚度在1020 nm

3、之間，電阻率隨平均厚度增加而急劇減小=      當(dāng)厚度大于20 nm以后，電阻率隨膜厚緩慢下降 =      當(dāng)厚度大于300 nm左右時(shí)，電阻率不再隨厚度變化而趨于一穩(wěn)定值 n        電阻率與厚度的典型關(guān)系曲線（銀）： =      在金屬薄膜的初期生長階段，膜為島狀結(jié)構(gòu)，其導(dǎo)電機(jī)制為熱電子發(fā)射和隧道運(yùn)動(dòng)，故電阻率較大，表現(xiàn)出非金屬性質(zhì)=  &#

4、160;   當(dāng)薄膜為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)時(shí)，電子穿過優(yōu)先導(dǎo)電通路而形成滲流導(dǎo)電，薄膜電阻率隨平均厚度的增加而急劇減小，呈現(xiàn)非金屬金屬的轉(zhuǎn)變 =      當(dāng)形成連續(xù)薄膜時(shí)，薄膜呈現(xiàn)金屬性質(zhì)n        金屬膜電阻率與膜厚倒數(shù)關(guān)系圖（銀），縱軸的截距為相應(yīng)塊體材料的電阻率 n        傳導(dǎo)電子更多的受到薄膜表面、晶界和缺陷的非彈性散射，在膜厚與電子的平均自由程相近時(shí)，或前者比后者

5、小時(shí)，傳導(dǎo)電子受到薄膜表面和晶界的散射作用變得十分顯著，導(dǎo)致電阻率隨膜厚度的減小而增大，即為薄膜電阻率的尺寸效應(yīng)。 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容n        首先測量各片鋁膜的厚度，仍然采用多組數(shù)據(jù)取平均的方法 n        然后分別測量各片樣品的電阻率，選取薄片的不同位置進(jìn)行讀數(shù)，再對整體取平均值n        作出電阻率厚度關(guān)系圖，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及實(shí)驗(yàn)中的主要誤差并得出結(jié)論 

6、;數(shù)據(jù)處理n        金屬膜的電阻率隨膜厚的變化關(guān)系：l        可見，電阻率與薄膜厚度基本上滿足了反比關(guān)系。在020 nm區(qū)間，電阻率隨平均厚度的增大而急劇減小；而在40100nm之間，電阻率隨平均厚度的增大而緩慢下降；在100 nm以后，電阻率就基本上不會(huì)發(fā)生變化了，這與先前的分析是一致的，我們已經(jīng)得到了定性的結(jié)論。n        金屬膜電阻率同膜厚倒數(shù)的關(guān)系圖：l&#

7、160;       由圖可知，鋁薄膜的電阻率同薄膜厚度倒數(shù)表 現(xiàn)出良好的線性關(guān)系，根據(jù)金屬薄膜 電阻率的理論知識(shí)可知，其在縱軸的截距是鋁塊體材料的電阻率，其值為，這與純鋁的電阻率還是有差距的，但我們在數(shù)量級上仍是正確的。 誤差分析n        由于探針壓力的不同以及測量位置的不同，導(dǎo)致電阻率讀數(shù)的差異，可針對不同的壓力和薄膜表面不同位置進(jìn)行測量，對比這些測量結(jié)果，可估算誤差的大小，另一方面，由于儀器精度的限制（）我們只能得到一位有效數(shù)字，這是極其不準(zhǔn)

8、確的，造成了較大的誤差，決定了我們只能得到定性的結(jié)論。n        光學(xué)顯微鏡的分辨尺度為光波長，在本實(shí)驗(yàn)中即為綠光波長 530 nm，這就從根本上限制了超薄鋁膜厚度測量的精度。由于這些樣品的厚度均小于 300nm，可想見幾乎所有的測量數(shù)值都有或大或小的誤差。n        在電阻率的測量中，由于測量讀數(shù)有時(shí)不太穩(wěn)定，這就在讀數(shù)中引入了較大的主觀誤差。 另外，在薄膜厚度測量時(shí)，由于儀器調(diào)節(jié)和視疲勞等因素，條紋間距的讀數(shù)同樣也會(huì)引入較大的主觀誤差。n&

9、#160;       要得出較好的結(jié)果，在電阻率測量時(shí)應(yīng)使壓力適當(dāng)，對樣品的不同位置進(jìn)行多次測量；在 使用干涉顯微鏡時(shí)必須保持安靜，任何過大的震動(dòng)都會(huì)使測量值作廢或者增大誤差。 實(shí)驗(yàn)心得n        再一次熟悉了各種儀器的調(diào)試和測量方法，更重要的是，我們自己確定了實(shí)驗(yàn)課題，制定 了實(shí)驗(yàn)方案，最終得到了較好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對我們的動(dòng)手能力是一次極大的提高。n        對金屬薄膜的生長有了較清晰的物理圖像，電阻率隨薄膜厚度的變化，事實(shí)上反映了不同 厚度薄膜表面物質(zhì)的生長結(jié)構(gòu)，不同的結(jié)構(gòu)就會(huì)表現(xiàn)