CN110261318A - 测量导电层的导电性能的方法及其系统 - Google Patents

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Abstract

本揭示提供了测量导电层的导电性能的方法及其系统。所述测量导电层的导电性能的方法包括通过椭圆偏振光谱仪测量导电层的导电薄膜在近红外波段范围内的椭圆偏振参数，其中所述导电薄膜的表面等离子体共振范围落在所述椭圆偏振光谱仪的波长测量范围内，通过建模分析单元对所述导电薄膜进行建模分析，以及通过所述建模分析和通过计算单元对测量到的所述导电薄膜在近红外波段范围内的所述椭圆偏振参数进行分析，以得到所述导电薄膜的导电性能，能够准确获得所述导电薄膜的导电性能且测量方便快捷。

Description

测量导电层的导电性能的方法及其系统
【技术领域】
本揭示涉及显示技术领域，特别涉及一种测量导电层的导电性能的方法及其系统。
【背景技术】
目前测量导电层的导电性能的方法中，一般包括四探针法和涡旋电流法。四探针法用四个等距的金属探针接触材料表面，由所测得的电流和电压，利用关于样品和探针几何结构的适当校正因子，可以换算成方块电阻。四探针法测试缓慢，对测试材料的尺寸有一定要求，接触测试的稳定性不高，并且针状电极容易破坏被测试的薄膜材料，往往需要单独切样测试。涡旋电流法利用电磁感应原理，通过测定材料内感应涡流的变化来测量方块电阻，此方法测试之前往往需要调校，测量耗时，并且涡旋电流测试的仪器十分昂贵。
故，有需要提供一种测量导电层的导电性能的方法及其系统，以解决现有技术存在的问题。
【发明内容】
为解决上述技术问题，本揭示的一目的在于提供测量导电层的导电性能的方法及其系统，其能够准确获得所述导电薄膜的导电性能且测量方便快捷。
为达成上述目的，本揭示提供一测量导电层的导电性能的方法。所述所述测量导电层的导电性能的方法包括通过椭圆偏振光谱仪测量导电层的导电薄膜在近红外波段范围内的椭圆偏振参数，其中所述导电薄膜的表面等离子体共振范围落在所述椭圆偏振光谱仪的波长测量范围内，通过建模分析单元对所述导电薄膜进行建模分析，以及通过所述建模分析和通过计算单元对测量到的所述导电薄膜在近红外波段范围内的所述椭圆偏振参数进行分析，以得到所述导电薄膜的导电性能。
于本揭示其中的一实施例中，所述导电薄膜的所述表面等离子体共振范围在1200nm和1800nm之间，所述椭圆偏振光谱仪的所述波长测量范围至少在800nm和2500nm之间。
于本揭示其中的一实施例中，对所述导电薄膜进行建模分析包括建立所述导电层的结构模型，所述导电层的所述结构模型为双层结构模型，所述导电层包括基底和设置在所述基底上的所述导电薄膜。
于本揭示其中的一实施例中，所述导电层为氧化铟锡层，所述基底为玻璃基底或硅片，以及所述导电薄膜为氧化铟锡薄膜。
于本揭示其中的一实施例中，对所述导电薄膜进行建模分析包括设定所述导电薄膜的光学色散方程为Drude模型。
于本揭示其中的一实施例中，所述Drude模型的表达式为：其中εr为材料介电常数的实部，εi为所述材料介电常数的虚部，ε∞为与介电极化有关的常数，ωp为材料表面等离子震荡频率，由所述材料的载流子浓度决定，ωτ为材料载流子碰撞频率，ωp和ωτ均为与材料电学性能相关的参数，方程待回归参数为ωp和ωτ。
于本揭示其中的一实施例中，基于建立的所述结构模型和所述Drude模型，通过所述计算单元对测量到的所述导电薄膜在近红外波段范围内的所述椭圆偏振参数进行迭代回归，获得所述导电薄膜的厚度、ωp和ωτ的优取值。
于本揭示其中的一实施例中，ε∞为4。
于本揭示其中的一实施例中，基于获得的所述导电薄膜的厚度、ωp和ωτ的优取值，根据如下公式得到所述导电薄膜的电阻率和方块电阻，
其中ε0为真空介电常数。
本揭示还提供一测量导电层的导电性能的系统。所述测量导电层的导电性能的系统包括椭圆偏振光谱仪、建模分析单元以及计算单元。所述椭圆偏振光谱仪配置成用于测量导电层的导电薄膜在近红外波段范围内的椭圆偏振参数。所述导电薄膜的表面等离子体共振范围落在所述椭圆偏振光谱仪的波长测量范围内。所述建模分析单元配置成用于对所述导电薄膜进行建模分析。所述计算单元连接所述椭圆偏振光谱仪和所述建模分析单元。所述计算单元配置成用于通过所述建模分析和对测量到的所述导电薄膜在近红外波段范围内的所述椭圆偏振参数进行分析，以得到所述导电薄膜的导电性能。
由于本揭示的实施例中的测量导电层的导电性能的方法及其系统，通过椭圆偏振光谱仪测量导电层的导电薄膜在近红外波段范围内的椭圆偏振参数，其中所述导电薄膜的表面等离子体共振范围落在所述椭圆偏振光谱仪的波长测量范围内，通过建模分析单元对所述导电薄膜进行建模分析，以及通过所述建模分析和通过计算单元对测量到的所述导电薄膜在近红外波段范围内的所述椭圆偏振参数进行分析，以得到所述导电薄膜的导电性能，能够准确获得所述导电薄膜的导电性能且测量方便快捷。
为让本揭示的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：
【附图说明】
图1显示根据本揭示的一实施例的测量导电层的导电性能的方法的流程示意图；以及
图2显示根据本揭示的一实施例的测量导电层的导电性能的系统的方块示意图；以及
图3显示根据本揭示的一实施例的导电层的结构示意图。
【具体实施方式】
为了让本揭示的上述及其他目的、特征、优点能更明显易懂，下文将特举本揭示优选实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。再者，本揭示所提到的方向用语，例如上、下、顶、底、前、后、左、右、内、外、侧层、周围、中央、水平、横向、垂直、纵向、轴向、径向、最上层或最下层等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本揭示，而非用以限制本揭示。
在图中，结构相似的单元是以相同标号表示。
参照图1-3，本揭示的一实施例提供一测量导电层的导电性能的方法100。所述测量导电层的导电性能的方法100包括：方块110，通过椭圆偏振光谱仪210测量导电层300的导电薄膜310在近红外波段范围内的椭圆偏振参数，其中所述导电薄膜310的表面等离子体共振范围落在所述椭圆偏振光谱仪210的波长测量范围内，方块120，通过建模分析单元220对所述导电薄膜310进行建模分析，以及方块130，通过所述建模分析和通过计算单元230对测量到的所述导电薄膜310在近红外波段范围内的所述椭圆偏振参数进行分析，以得到所述导电薄膜310的导电性能。本揭示的实施例能够准确获得所述导电薄膜310的导电性能且测量方便快捷。
于本揭示其中的一实施例中，所述导电薄膜310的所述表面等离子体共振范围在1200nm和1800nm之间，所述椭圆偏振光谱仪210的所述波长测量范围至少在800nm和2500nm之间。
于本揭示其中的一实施例中，对所述导电薄膜310进行建模分析包括建立所述导电层300的结构模型，所述导电层300的所述结构模型为双层结构模型，所述导电层300包括基底320和设置在所述基底320上的所述导电薄膜310。具体地，所述导电层300为氧化铟锡层，所述基底320为玻璃基底或硅片，以及所述导电薄膜310为氧化铟锡(indium tinoxide,ITO)薄膜。
于本揭示其中的一实施例中，对所述导电薄膜310进行建模分析包括设定所述导电薄膜310的光学色散方程为Drude模型。具体地，所述Drude模型的表达式为：其中εr为材料介电常数的实部，εi为所述材料介电常数的虚部，ε∞为与介电极化有关的常数，ωp为材料表面等离子震荡频率，由所述材料的载流子浓度决定，ωτ为材料载流子碰撞频率，ωp和ωτ均为与材料电学性能相关的参数，方程待回归参数为ωp和ωτ。具体地，ε∞为4。
于本揭示其中的一实施例中，基于建立的所述结构模型和所述Drude模型，通过所述计算单元230对测量到的所述导电薄膜310在近红外波段范围内的所述椭圆偏振参数进行迭代回归，获得所述导电薄膜310的厚度、ωp和ωτ的优取值。
于本揭示其中的一实施例中，基于获得的所述导电薄膜310的厚度、ωp和ωτ的优取值，根据如下公式得到所述导电薄膜310的电阻率和方块电阻，
其中ε0为真空介电常数。
真空介电常量的数值为：ε0＝8.85×10-12F/m(近似值)。
参照图2-3，本揭示的一实施例提供一测量导电层的导电性能的系统200。所述测量导电层的导电性能的系统200包括椭圆偏振光谱仪210、建模分析单元220以及计算单元230。所述椭圆偏振光谱仪210配置成用于测量导电层300的导电薄膜310在近红外波段范围内的椭圆偏振参数。所述导电薄膜310的表面等离子体共振范围落在所述椭圆偏振光谱仪210的波长测量范围内。所述建模分析单元220配置成用于对所述导电薄膜320进行建模分析。所述计算单元230连接所述椭圆偏振光谱仪210和所述建模分析单元220。所述计算单元230配置成用于通过所述建模分析和对测量到的所述导电薄膜310在近红外波段范围内的所述椭圆偏振参数进行分析，以得到所述导电薄膜310的导电性能。本揭示的实施例能够准确获得所述导电薄膜310的导电性能且测量方便快捷。
于本揭示其中的一实施例中，所述导电薄膜310的所述表面等离子体共振范围在1200nm和1800nm之间，所述椭圆偏振光谱仪210的所述波长测量范围至少在800nm和2500nm之间。
于本揭示其中的一实施例中，对所述导电薄膜310进行建模分析包括建立所述导电层300的结构模型，所述导电层300的所述结构模型为双层结构模型，所述导电层300包括基底320和设置在所述基底320上的所述导电薄膜310。具体地，所述导电层300为氧化铟锡层，所述基底320为玻璃基底或硅片，以及所述导电薄膜310为氧化铟锡(indium tinoxide,ITO)薄膜。
于本揭示其中的一实施例中，对所述导电薄膜310进行建模分析包括设定所述导电薄膜310的光学色散方程为Drude模型。具体地，所述Drude模型的表达式为：其中εr为材料介电常数的实部，εi为所述材料介电常数的虚部，ε∞为与介电极化有关的常数，ωp为材料表面等离子震荡频率，由所述材料的载流子浓度决定，ωτ为材料载流子碰撞频率，ωp和ωτ均为与材料电学性能相关的参数，方程待回归参数为ωp和ωτ。具体地，ε∞为4。
于本揭示其中的一实施例中，基于建立的所述结构模型和所述Drude模型，通过所述计算单元230对测量到的所述导电薄膜310在近红外波段范围内的所述椭圆偏振参数进行迭代回归，获得所述导电薄膜310的厚度、ωp和ωτ的优取值。
于本揭示其中的一实施例中，基于获得的所述导电薄膜310的厚度、ωp和ωτ的优取值，根据如下公式得到所述导电薄膜310的电阻率和方块电阻，
其中ε0为真空介电常数。
真空介电常量的数值为：ε0＝8.85×10-12F/m(近似值)。
于本揭示其中的一实施例中，氧化铟锡(indium tin oxide,ITO)薄膜是一种性能优异的透明导电氧化物半导体材料，可应用于透明导电玻璃的膜层材料，在液晶显示器以及电容触摸屏等领域都有重要应用。导电能力是氧化铟锡(indium tin oxide,ITO)薄膜的重要品质要求，可用方块电阻来表征。通过本揭示的实施例中的测量导电层的导电性能的方法及其系统，得到的所述导电薄膜310的方块电阻为优取值，可改善显示器的薄膜晶体管(thin film transistor,TFT)的功耗，使得图像显示良好及显示亮度均匀。
于本揭示的实施例中，利用椭圆偏振光谱的光学方法，基于对ITO薄膜表面等离子体共振波段的Drude模型分析，得到ITO薄膜材料表面等离子震荡频率和碰撞频率等特征物理参数，根据电阻率和表面等离子震荡频率、碰撞频率之间的物理关系，间接获得ITO薄膜的方块电阻。该方法测试过程中仅需对ITO薄膜采集一个椭圆偏振光谱，数据分析可由计算机后台自动完成。方法测试简便，对样品无损伤，测量耗时少，适合ITO薄膜导电性能的在线检测与监控。
综上，本揭示的实施例能够利用椭圆偏振光谱快速判断ITO薄膜导电性能且具有以下特征：
1、利用椭圆偏振光谱仪测量ITO薄膜在近红外波段范围内的椭偏参数，ITO薄膜沉积的基底为玻璃或者硅片，ITO薄膜的表面等离子体共振范围在1200nm-1800nm之间，椭偏光谱的测量范围至少为800nm-2500nm波长范围，藉此可在后续分析中得到较准确的结果。
2、对ITO薄膜进行Drude建模分析。结构模型为双层结构模型，基底为玻璃或硅片，基底上为ITO薄膜，薄膜厚度设定为d。设定ITO薄膜的光学色散方程为Drude模型，Drude模型是一个经典的物理模型，适用对导电性能较好的半导体材料，其表达式如式(1)所示，其中εr和εi分别为材料介电常数的实部与虚部，ε∞为与介电极化有关的常数，根据半导体物理相关理论，ITO材料的该常数为4，ωp为材料表面等离子震荡频率，由材料的载流子浓度决定，ωτ为材料载流子碰撞频率，均为与材料电学性能相关的参数，方程待回归参数为ωp和ωτ，
基于以上建立的结构模型和参数方程，对实测椭偏参数进行迭代回归，迭代回归由计算机程序自动完成，方便快捷，获得每个样品的厚度d和ωp和ωτ优取值。
3、基于以上得到的d和ωp和ωτ值，根据公式(2)和(3)得到ITO薄膜的电阻率和方块电阻。其中ε0为真空介电常数，其值为8.85×10-12F/m(近似值)。
4、本实施例仅通过对ITO薄膜样品在近红外波段进行椭偏光学测试便可准确获得ITO薄膜的电阻率和方块电阻，对样品无损伤、测量方便快捷、对被测样品尺寸无特殊要求，可以和光学检测一起完成，该方法适合于ITO薄膜电学性能和光学性能的在线检测。
由于本揭示的实施例中的测量导电层的导电性能的方法及其系统，通过椭圆偏振光谱仪测量导电层的导电薄膜在近红外波段范围内的椭圆偏振参数，其中所述导电薄膜的表面等离子体共振范围落在所述椭圆偏振光谱仪的波长测量范围内，通过建模分析单元对所述导电薄膜进行建模分析，以及通过所述建模分析和通过计算单元对测量到的所述导电薄膜在近红外波段范围内的所述椭圆偏振参数进行分析，以得到所述导电薄膜的导电性能，能够准确获得所述导电薄膜的导电性能且测量方便快捷。
尽管已经相对于一个或多个实现方式示出并描述了本揭示，但是本领域技术人员基于对本说明书和附图的阅读和理解将会想到等价变型和修改。本揭示包括所有这样的修改和变型，并且仅由所附权利要求的范围限制。特别地关于由上述组件执行的各种功能，用于描述这样的组件的术语旨在对应于执行所述组件的指定功能(例如其在功能上是等价的)的任意组件(除非另外指示)，即使在结构上与执行本文所示的本说明书的示范性实现方式中的功能的公开结构不等同。此外，尽管本说明书的特定特征已经相对于若干实现方式中的仅一个被公开，但是这种特征可以与如可以对给定或特定应用而言是期望和有利的其他实现方式的一个或多个其他特征组合。而且，就术语“包括”、“具有”、“含有”或其变形被用在具体实施方式或权利要求中而言，这样的术语旨在以与术语“包含”相似的方式包括。
以上仅是本揭示的优选实施方式，应当指出，对于本领域普通技术人员，在不脱离本揭示原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本揭示的保护范围。

Claims (10)

1.一种测量导电层的导电性能的方法，其特征在于，包括:
通过椭圆偏振光谱仪测量导电层的导电薄膜在近红外波段范围内的椭圆偏振参数，其中所述导电薄膜的表面等离子体共振范围落在所述椭圆偏振光谱仪的波长测量范围内；
通过建模分析单元对所述导电薄膜进行建模分析；以及
通过所述建模分析和通过计算单元对测量到的所述导电薄膜在近红外波段范围内的所述椭圆偏振参数进行分析，以得到所述导电薄膜的导电性能。
2.如权利要求1所述的测量导电层的导电性能的方法，其特征在于，所述导电薄膜的所述表面等离子体共振范围在1200nm和1800nm之间，所述椭圆偏振光谱仪的所述波长测量范围至少在800nm和2500nm之间。
3.如权利要求1所述的测量导电层的导电性能的方法，其特征在于，对所述导电薄膜进行建模分析包括建立所述导电层的结构模型，所述导电层的所述结构模型为双层结构模型，所述导电层包括基底和设置在所述基底上的所述导电薄膜。
4.如权利要求3所述的测量导电层的导电性能的方法，其特征在于，所述导电层为氧化铟锡层，所述基底为玻璃基底或硅片，以及所述导电薄膜为氧化铟锡薄膜。
5.如权利要求3所述的测量导电层的导电性能的方法，其特征在于，对所述导电薄膜进行建模分析包括设定所述导电薄膜的光学色散方程为Drude模型。
6.如权利要求3所述的测量导电层的导电性能的方法，其特征在于，所述Drude模型的表达式为：其中εr为材料介电常数的实部，εi为所述材料介电常数的虚部，ε∞为与介电极化有关的常数，ωp为材料表面等离子震荡频率，由所述材料的载流子浓度决定，ωτ为材料载流子碰撞频率，ωp和ωτ均为与材料电学性能相关的参数，方程待回归参数为ωp和ωτ。
7.如权利要求6所述的测量导电层的导电性能的方法，其特征在于，基于建立的所述结构模型和所述Drude模型，通过所述计算单元对测量到的所述导电薄膜在近红外波段范围内的所述椭圆偏振参数进行迭代回归，获得所述导电薄膜的厚度、ωp和ωτ的优取值。
8.如权利要6所述的测量导电层的导电性能的方法，其特征在于，ε∞为4。
9.如权利要求7所述的测量导电层的导电性能的方法，其特征在于，基于获得的所述导电薄膜的厚度、ωp和ωτ的优取值，根据如下公式得到所述导电薄膜的电阻率和方块电阻，
其中ε0为真空介电常数。
10.一种测量导电层的导电性能的系统，其特征在于，包括:
椭圆偏振光谱仪，配置成用于测量导电层的导电薄膜在近红外波段范围内的椭圆偏振参数，其中所述导电薄膜的表面等离子体共振范围落在所述椭圆偏振光谱仪的波长测量范围内；
建模分析单元，配置成用于对所述导电薄膜进行建模分析；以及
计算单元，连接所述椭圆偏振光谱仪和所述建模分析单元，所述计算单元配置成用于通过所述建模分析和对测量到的所述导电薄膜在近红外波段范围内的所述椭圆偏振参数进行分析，以得到所述导电薄膜的导电性能。
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