[發明專利]基于微波信號的非接觸式導電薄膜方塊電阻測量方法

在審

• 申請號: 201711244011.4
• 申請日: 2017-11-30
• 公開（公告）號: CN108008190A
• 公開（公告）日: 2018-05-08
• 發明（設計）人: 葉鳴;王露;張松昌;趙小龍;賀永寧
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01R27/02
• 分類號: G01R27/02;G01N22/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 田洲

本發明公開了一種基于微波信號的非接觸式導電薄膜方塊電阻測量方法，包括如下步驟：選取方塊電阻值穩定的樣品作為校準樣品；測量校準樣品的方塊電阻、散射參數特性；依據校準樣品測試數據獲得金屬薄膜散射參數?方塊電阻關系曲線；測量待測樣品的散射參數特性；依據薄膜散射參數?方塊電阻關系曲線和待測樣品的散射參數計算得到待測樣品的薄膜方塊電阻。本發明實現無損測量導電薄膜方塊電阻，而且能廣泛應用于集成電路、太陽能電池、探測器等領域，具有一定的普適性。

技術領域

本發明屬于導電薄膜方塊電阻測量領域，特別涉及一種導電薄膜方塊電阻的非接觸式測量方法。

背景技術

隨著納米科技的快速發展，各式各樣的薄膜材料已經成為國內外研究熱點并在相關領域獲得了廣泛應用，比如：集成電路、透明電極、電磁屏蔽層、微波電路、太陽能電池、微機電系統等。在諸多應用領域中，方塊電阻是表征薄膜特性的關鍵參數之一。因此，方塊電阻的測試就成為薄膜材料研究及應用必不可少的手段。

薄膜材料的方塊電阻定義為其中ρ為薄膜材料電阻率、h為薄膜厚度。目前四探針技術還是測量方塊電阻的主流技術，盡管近年來陸續提出了若干改進型的四探針法，但是基本原理仍然是通過施加兩組電壓激勵測得兩組電流來獲取方塊電阻，本質上都是接觸式的測試。

隨著微波傳感技術的發展，運用微波信號進行方塊電阻的表征獲得了一定進展。Lee M H J等人通過在130GHz的工作頻率上測量介質波導傳輸特性，實現了對鎳鉻合金薄膜方塊電阻的測量，但是此種方法難以在較低的微波頻段實現；O Shaforost等人利用介質加載的圓柱諧振腔實現了石墨烯層的方塊電阻，但是一般情況下，諧振腔法對待測樣品的制備要求很高；Karel等人基于微波干涉法對金屬薄膜的厚度進行了測量，此方法的測量電路復雜且分辨率較低。

發明內容

本發明的目的在于提出一種基于微波信號的非接觸導電薄膜方塊電阻測量方法，利用四探針、微波傳感器、網絡分析儀對校準樣品進行方塊電阻、散射參數的測量，依據測量結果獲得方塊電阻-散射參數關聯系數，通過微波信號檢測裝置和微波傳感器進行散射參數測試獲得待測導電薄膜方塊電阻。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種基于微波信號的非接觸式導電薄膜方塊電阻測量方法，包括如下步驟：

(1)在非導電基體上沉積導電薄膜，獲得待測樣品；

(2)選取方塊電阻值已知的若干樣品作為校準樣品；將校準樣品置于微波傳感器中，通過測量微波傳感器的散射參數，獲得該微波傳感器的方塊電阻-散射參數關系曲線或建立查找表；

(3)將待測樣品放入微波傳感器中替換校準樣品，測量微波傳感器相應的散射參數；

(4)依據步驟(2)中獲得的方塊電阻-散射參數關系曲線或查找表和步驟(3)中的待測樣品散射參數，計算獲得待測樣品方塊電阻值。

進一步的，步驟(1)中通過磁控濺射沉積工藝、熱蒸發沉積工藝、電子束蒸發工藝、印刷工藝或化學沉積工藝在非導電基體上沉積導電薄膜，得待測樣品。

進一步的，步驟(2)中采用的微波傳感器為：

微波頻段的矩形波導、圓形波導、橢圓波導、脊波導、同軸線或其它非平面微波傳輸線；

或者，微帶線、帶狀線、共面波導、基片集成波導或其它平面傳輸線；

或者，圓柱諧振腔、介質填充圓柱諧振腔或其它非平面微波諧振結構；