一種薄層材料方塊電阻測試方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種導電薄層材料方塊電阻測試方法，薄層材料包括單層或多層涂料 和薄膜材料，運些薄層材料可能是獨立的或受到非導電基片支撐的。
【背景技術】
[0002] 方塊電阻是薄層材料的重要電性能之一，它的精確測量是評估和監測半導體材料 的重要手段。同時薄層材料在電子器件制作中得到廣泛應用，它的方塊電阻性能直接影響 器件的質量。薄層金屬、合金、半導體材料和基片上的導電涂層材料應用于半導體器件制造 和電子線路連接，還有物體表面改性和防護。
[0003] 目前的國家標準"GB/T14141-2009娃外延層、擴散層和離子注入層薄層電阻的 測定直排四探針法"對測試半導體材料薄層電阻的四探針法作了詳細規定，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生的電勢場不可避免地受到中間兩個測量 電極的影響。運個標準嚴格要求相鄰探針之間距離為1. 59mm，限定了樣品表面的測量范圍。 為了避免小探針接觸點電加熱對測量表面的影響，要求探針電流小于100mA，同時由于被測 材料表面的探針壓痕形狀難W控制，需要進行重復測試W保證測量結果的可靠性和提高測 量精度。總之直排四探針法測量薄層材料的方塊電阻過程繁復，對測量儀器及操作技能要 求很高，限制了它的更廣泛應用。
[0005] 而對于固體絕緣材料，國家標準"GB/T1410-2006固體絕緣材料體積電阻率和表 面電阻率試驗方法"規定了采用同屯、環形電極測量平板材料表面電阻率的測定程序和計算 方法。
【發明內容】
[0006] 鑒于現有技術中存在的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題在于提供一種薄層 材料方塊電阻測試方法，能夠改善現有技術中存在的上述困難，對電極直徑沒有限制，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樣品表面的影響。
[0007] 為了解決上述技術問題，本發明的一種薄層材料方塊電阻測試方法，包括：在薄層 材料的表面安裝二個圓形或圓環形的電極；對所述電極之間的電阻進行測量；根據理論模 型，從測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算所述薄 層材料的方塊電阻。
[0008] 根據本發明，計算由圓形或圓環形電極對通過直流電流時在薄層材料中產生的電 勢和電流場分布。同時提供一種計算電極對之間薄層材料中電阻的計算方法，然后通過測 量運個電阻測定薄層材料的方塊電阻。本發明的方法對電極直徑沒有限制，且圓環形電極 在測量中和圓形電極有相同的功能，圓環形電極還有可能改善電極邊緣與薄層材料的接 觸。
[0009] 又，在本發明中，所述薄層材料為導電材料，包括金屬材料、合金材料、或半導體材 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是獨立的或者由 非導電基片支撐。
[0010] 又，在本發明中，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 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，在本發明中，所述薄層材料的厚度均勻，優選地，其不均勻度小于1% ;且所述 薄層材料的厚度遠小于所述電極的直徑，優選地，小于最小電極直徑的1/10。
[0012] 根據本發明，薄層材料中由圓形電極對通過直流電流時產生的電勢和電流場分布 在材料深度方向是均勻的，理論分析上可W按照二維場問題處理。
[0013] 又，在本發明中，所述薄層材料的平面尺寸遠大于所述電極之間的距離，優選地， 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、寬或直徑。
[0014] 又，在本發明中，所述電極與所述薄層材料的邊緣之間的距離遠大于所述電極之 間的距離，優選地，大于5倍電極之間的距離。
[0015] 根據本發明，薄層材料的平面尺寸遠大于電極之間的距離，且每個電極與材料邊 緣的最近距離遠大于電極之間的距離，運樣在材料邊緣電勢和電流分布均很小，可W忽略 邊緣反射效應。
[0016] 又，在本發明中，可利用點源模型計算圓形或圓環形的所述電極在所述薄層材料 中產生的電勢和電流場分布。
[0017] 又，在本發明中，要求電極材料的電導率遠大于薄層材料的電導率，所W對每個電 極它的電勢分布是均勻的，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，在測試中可W忽略不 計。類似地，測量中認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] 根據下述【具體實施方式】并參考附圖，將更好地理解本發明的上述內容及其它目 的、特征和優點。
【附圖說明】
[0019] 圖1為圓形電極測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)計算二個點電極通過直流電流在薄層材料中產生的等 勢圓和電流線分布的示意圖。
[0020] 符號標記： 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。
【具體實施方式】
[0021] W下結合附圖和下述實施方式進一步說明本發明，應理解，附圖及下述實施方式 僅用于說明本發明，而非限制本發明。
[0022] 圖1為圓形電極測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)計算二個點電極通過直流電流在薄層材料中產 生的等勢圓和電流線分布的圖，其中，二個點電極分別對稱地位于X軸上（X1/2-X2/2,0) 和（X2/2-Xi/2,0)處。環繞點電極的實線圓圈代表等勢線，由大到小它們的半徑分別是 0. 5L。，0. 25L。，0. 1L。，0. 05L。和0.OIL。。運里U=X2-Xi是二個點電極之間的距離。虛線代 表薄層材料中的電流線，代表從兩個點電極位置相隔15°角度發出電流的路徑。虛線的密 度代表電流強度的大小。小插圖顯示的是右邊點電極附近的電勢和電流場分布情況，表明 越靠近點電極，等勢圓圓屯、偏離點電極位置越小和電流強度在角度方向的分布越均勻。根 據公式（2)和（3)計算，左邊等勢圓圓屯、在X軸上的位置是-(Xi+X2)/2,右邊等勢圓圓屯、在 L- (X1+X2) /2 <3
[0024] 針對現有技術中的問題，本發明提供了一種薄層材料方塊電阻測試方法，包括：在 薄層材料的表面安裝二個圓形或圓環形的電極；對所述電極之間的電阻進行測量；根據理 論模型，從測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算所 述薄層材料的方塊電阻。
[00巧]根據本發明，計算由圓形或圓環形電極對通過直流電流時在薄層材料中產生的電 勢和電流場分布。同時提供一種計算電極對之間薄層材料中電阻的計算方法，然后通過測 量運個電阻測定薄層材料的方塊電阻。本發明的方法對電極直徑沒有限制。本發明中薄層 材料是指單層或多層涂料和薄膜材料，運些薄層材料可能是獨立的或受到非導電基片支