[发明专利]高精度金属薄膜直流电导率测试方法

说明书

一种高精度金属薄膜直流电导率测试方法，包括：将金属膜基材料置于预先设定的测试环境中；沿所述金属膜基材料的厚度方向朝其表面的发射太赫兹波；根据金属膜基材料的类型和厚度，调节太赫兹波的参数；接收所述太赫兹波穿过金属膜基材料有膜区域和无膜区域后的首波参考和第一回波的信号；根据无膜区域的首波参考和第一回波的信号的傅里叶变换结果获得金属膜基材料的基板的精确复折射率；接收所述太赫兹波穿过所述金属膜基材料有膜区域的首波实验信号；根据所述首波参考信号和首波实验信号获得金属膜基材料的膜基和纯基板的实验透射系数比值；基于菲涅尔系数构造穿过测试环境的金属膜基材料有膜区域和无膜区域后的太赫兹波首波的理论光谱密度函数和误差函数；利用所述函数求得金属膜基材料的薄膜的电导率。

技术领域

本发明属于复合膜基材料性能测试技术领域，尤其涉及一种金属膜基材料测试方法。

背景技术

沉积在基板上的金属薄膜在微机电系统，微型传感器等结构中应用广泛，但是金属薄膜电导率的非接触表征存在一定难度，同时金属膜基结构中基底材料的选择多种多样，其中包括太赫兹波段的折射率为定值的材料，例如单晶硅，也包括太赫兹波段的折射率随频率变化的材料，例如多种聚合物材料。在基于太赫兹技术的金属薄膜直流电导率测量方法中，基底的折射率应该作为已知参数，当基底折射率随频率变化时，需要首先测量基底的折射率。因此，找到一种测量聚合物基底上的金属薄膜电导率的表征方法具有重要意义。总体而言，现有的膜基材料性能测试技术不能适用于基底为聚合物的情形，且存在过程复杂、步骤较多且精确性低的问题。

发明内容

为了至少在一定程度上克服上述技术问题中的一部分，本发明提出了一种金属膜基材料测试方法，其特征在于，包括：将金属膜基材料置于预先设定的测试环境中；沿所述金属膜基材料的有膜区域和无膜区域的厚度方向朝其表面的发射太赫兹波；根据金属膜基材料的类型和厚度，调节太赫兹波的光斑大小和强度；接收所述太赫兹波穿过金属膜基材料无膜区域后的首波E11和第一回波E12的信号；根据首波和第一回波的频域信号获得金属膜基材料的基板的复折射率；接收所述太赫兹波穿过金属膜基材料有膜区域后的首波E21的信号；根据所述首波信号E11和首波信号E21获得金属膜基材料的薄膜的实验透射系数；基于菲涅尔系数构造穿过金属膜基材料的有膜区域和无膜区域后的太赫兹波的理论光谱密度函数；基于所述理论光谱密度函数获得金属膜基材料的理论透射系数；利用所述理论透射系数和所述实验透射系数构造二者差值的误差函数；利用所述误差函数，求得金属膜基材料的薄膜的电导率。

进一步，所述测试环境的相对湿度小于等于1％。

进一步，所述参考信号E11的有效频率范围为大于等于0.2THz并且小于等于2.5THz，信噪比大于等于60dB。

进一步，当所述金属膜基材料的薄膜由高电导率的金属材料制成时并且当其厚度为40-60nm时，所述光斑直径为6-8mm并且所述首波信号Es1的信噪比为30-40dB；当所述金属膜基材料的薄膜由中电导率的金属材料制成时并且当其厚度为40-60nm时，所述光斑直径为4-6mm并且所述首波信号Es1的信噪比为30-40dB；当所述金属膜基材料的薄膜由低电导率的金属材料制成时并且当其厚度为100-150nm时，所述光斑直径为4-6mm并且所述首波信号Es1的信噪比为30-40dB。

根据本发明的测试方法的有益效果包括但不限于，本方法采用基于无膜区域回波的金属膜基材料测试方法可以精确得到待测样品基板的精确复折射率，同时采用有膜区域和无膜区域的太赫兹信号互相对照，简化了实验流程，在得到实验数据后，基于菲涅尔公式和实验数据构造误差函数，在求解仅包含薄膜电导率一个未知量的误差函数，求解结果即为待测薄膜的电导率。

附图说明

通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的优点将变得更清楚和更容易理解，但这些附图只是示意性的，并不限制本发明的保护范围，其中：

图1示出了所述金属膜基材料的形状设计方案；