[发明专利]用于持续确定薄膜的电阻张量的所有分量的方法

说明书

本发明涉及用于持续确定薄膜(例如各种类型的薄膜电阻器和薄膜传感器)的电阻张量的所有分量的方法。本发明提供了用于持续确定薄膜(例如各种类型的薄膜电阻器和薄膜传感器)的电阻张量的所有分量的方法，其中使用最少数量的触点对薄膜的电阻张量的所有分量进行持续确定，无需对触点进行切换。这在任意形状的均匀薄膜部分(T)中具有至少三个彼此相隔一定距离地布置的触点(K_i至K₃)中得以实现。输入电压U_i(t)施加在每个触点(K₁至K₃)上，检测到流经触点(K₁至K₃)的电流I_i(t)，并且通过电压和电流值确定薄膜部分(T)的全部电阻张量ρ。

技术领域

本发明涉及一种持续确定薄膜(例如薄膜电阻器和各类的薄膜传感器)的电阻张量的所有分量的方法。

背景技术

了解或确定薄膜的参数对实际应用具有重要意义。为此，确定薄膜电阻的电阻张量是必不可少的，这在研究表征输运现象中具有重要意义，并且，在读出各种类型薄膜传感器时，工业中的电阻确定是必不可少的。

物体的一般电阻张量由9个分量(3x3矩阵)组成，其中在薄膜的情况下，一个空间方向(层法线)失去意义，从而可以将薄膜理解为二维体。因此，此二维体的电学性质可用约化张量来描述。此约化的薄膜电阻张量由四个分量组成，它们构成一个2x2矩阵。

然而，在这个2x2矩阵中，只有3个值是物理独立的。在各向同性导电薄膜的情况下，甚至只有两个物理独立的变量，即纵向电阻和横向电阻。在这种情况下，电阻张量的四个分量的结果如下：

在DE 31 23 427 C2中公开了用于测量电阻的根据所谓的四点法的布置的一个示例。特别地，描述了用于具有平面可移动基板保持架的阴极溅射设备的测量装置。在这种情况下，从下方将四个测量触点通过基板保持架引导至位于其上的基准基板，该基准基板具有四个低电阻触点。另外，也可以根据两点测量法，借助直流或交流进行测量。在直流电阻测量的情况下，对待测电阻施加恒定电流，其中通过该电阻的电压降作为所测变量。

如果要精确确定薄膜的纵向电阻，通常采用所谓的四点测量法，其中两个外部触点通过层带(a layer strip)传导所施加电流，两个内部触点用于测量电压降。

利用电压值和电流值的测量值来计算四点薄片电阻(four-point sheetresistance)，从而确定薄片电阻。然而，为此仍然需要进行模拟几何校正。

如果要测量横向电阻，则应使用交叉结构，其中电压测量点相对于电流流向尽可能彼此完全相反。

在这两种方法中，都存在通过导致测量触点处的纵向和横向电阻混合而产生的、关于产出值的不可避免的几何误差损坏测量结果的问题。

这个问题的一个可能的解决方案是范德堡测量法。在这种情况下，四个触点附着在薄膜的任意形状的均匀测试部分的边缘，每个触点彼此保持一定距离。通过将触点交替切换为电流或电压触点、并随后偏移各自的测量结果，可以推断该部分的电阻张量的纵向和横向分量。

范德堡测量法的缺点是，由于测试部分(薄膜)和测量电子设备之间的杂散电感，切换电流方向会出现问题，因为切换时会产生电压峰值，从而损坏薄膜或测量电子设备。此外，必须预计电压峰值的衰减时间，在该衰减时间内测量可能会受影响。

在《科学仪器评论》(《Review of Scientific Instruments》)，第1999年，第70期，第2177-2178页，KIM，G.T.[等]：使用两个不同调制频率的非切换范德堡技术(Nonswitching van der Pauw technique using two different modulatingfrequencies)中，描述了使用两个独立交流电源和两个具有两种不同频率调制的锁定放大器测量敏感样品电阻的方法。