JP2013195281A

JP2013195281A - 電気抵抗測定装置及び電気抵抗測定方法

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Publication number: JP2013195281A
Application number: JP2012063851A
Authority: JP
Inventors: Tetsuei Hamano; 哲英濱野
Original assignee: Furukawa Co Ltd
Current assignee: Furukawa Co Ltd
Priority date: 2012-03-21
Filing date: 2012-03-21
Publication date: 2013-09-30
Also published as: EP2642277A1; US20130249573A1; AU2013201225B2; US9372215B2; AU2013201225A1

Abstract

【課題】導電性薄膜の電気抵抗を非接触式で測定する。
【解決手段】電気抵抗測定装置１００は、テラヘルツ光を導電性薄膜に対して照射する光照射部１０３と、導電性薄膜からの反射光を検出する反射光検出部１０９とを有する。電気抵抗測定装置１００は、更に、反射光検出部による検出結果に基づいて導電性薄膜によるテラヘルツ光の反射率を判定する反射率判定部１１１と、導電性薄膜によるテラヘルツ光の反射率と導電性薄膜の電気抵抗との相関関係を記憶する記憶部１０１とを有する。電気抵抗測定装置１００は、更に、反射率判定部１１１による判定結果と、記憶部１０１に記憶されている相関関係と、に基づいて、導電性薄膜の電気抵抗を判定する電気抵抗判定部１１５を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気抵抗測定装置及び電気抵抗測定方法に関する。

電気抵抗を測定する方法としては、４端子法を用いる方法や、特許文献１、２に記載された方法が提案されている。

特許文献１の測定法では、導電性薄膜の片面に導電性を有しない面を形成し、導電性を有しない面に電極を接触させ、導電部の電気抵抗を測定する。

特許文献２の測定法では、導電性薄膜上に導電性ローラを用意し、線接触で導電性薄膜の電気抵抗を測定する。

特開平１０−２５３６７４号公報特開平９−５４１２５号公報

Ｈ．Ｉｔｏ，Ｋ．Ｓｕｉｚｕ，Ｔ．Ｙａｍａｓｈｉｔａ，Ａ．ＮａｗａｈａｒａａｎｄＴ．Ｓａｔｏ， "ＲａｎｄｏｍＦｒｅｑｕｅｎｃｙＡｃｃｅｓｓｉｂｌｅＢｒｏａｄＴｕｎａｂｌｅＴｅｒａｈｅｒｔｚ−ＷａｖｅＳｏｕｒｃｅＵｓｉｎｇＰｈａｓｅ−Ｍａｔｃｈｅｄ４−Ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ−Ｎ−ｍｅｔｈｙｌ−４−ｓｔｉｌｂａｚｏｌｉｕｍＴｏｓｙｌａｔｅＣｒｙｓｔａｌ，"ＪｐｎａｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＶｏｌ．４６Ｎｏ．１１（２００７）ｐｐ．７３２１−７３２４

しかしながら、上述の測定法は、いずれも接触式であり、導電性薄膜を破壊してしまう可能性がある。

本発明は、上記の課題に鑑みなされたものであり、導電性薄膜の電気抵抗を非接触式で測定することが可能な電気抵抗測定装置及び電気抵抗測定方法を提供することを目的とする。

本発明は、テラヘルツ光を導電性薄膜に対して照射する光照射部と、
前記導電性薄膜からの反射光を検出する反射光検出部と、
前記反射光検出部による検出結果に基づいて、前記導電性薄膜による前記テラヘルツ光の反射率を判定する反射率判定部と、
前記導電性薄膜による前記テラヘルツ光の反射率と、前記導電性薄膜の電気抵抗と、の相関関係を記憶する記憶部と、
前記反射率判定部による判定結果と、前記相関関係と、に基づいて、前記導電性薄膜の電気抵抗を判定する電気抵抗判定部と、
を有することを特徴とする電気抵抗測定装置を提供する。

この電気抵抗測定装置によれば、導電性薄膜によるテラヘルツ光の反射率と、導電性薄膜の電気抵抗と、の相関関係を予め記憶部に記憶している。そして、導電性薄膜によるテラヘルツ光の反射率を判定し、その判定結果と、上記相関関係と、に基づいて、導電性薄膜の電気抵抗を判定することができる。よって、導電性薄膜の電気抵抗を非接触式で測定（判定）することができる。

また、本発明は、テラヘルツ光を導電性薄膜に対して照射する工程と、
前記導電性薄膜からの反射光を検出する工程と、
前記反射光を検出する工程での検出結果に基づいて、前記導電性薄膜による前記テラヘルツ光の反射率を判定する工程と、
前記反射率を判定する工程での判定結果と、前記導電性薄膜による前記テラヘルツ光の反射率と前記導電性薄膜の電気抵抗との相関関係と、に基づいて、前記導電性薄膜の電気抵抗を判定する工程と、
を有することを特徴とする電気抵抗測定方法を提供する。

本発明によれば、導電性薄膜の電気抵抗を非接触式で測定することができる。

実施形態に係る電気抵抗測定装置のブロック図である。実施形態に係る電気抵抗測定装置の構成を示す模式図である。テラヘルツ光の周波数と反射率との関係を示す図である。テラヘルツ光の反射率と表面抵抗との関係を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同様の構成要素には同一の符号を付し、適宜に説明を省略する。

〔第１の実施形態〕
図１は実施形態に係る電気抵抗測定装置１００のブロック図である。図２は実施形態に係る電気抵抗測定装置１００の構成を示す模式図である。

図１に示すように、本実施形態に係る電気抵抗測定装置１００は、光照射部１０３と、反射光検出部１０９と、反射率判定部１１１と、記憶部１０１と、電気抵抗判定部１１５と、を有する。光照射部１０３は、テラヘルツ光を導電性薄膜に対して照射する。反射光検出部１０９は、導電性薄膜からの反射光１０８を検出する。反射率判定部１１１は、反射光検出部１０９による検出結果に基づいて導電性薄膜によるテラヘルツ光の反射率を判定する。記憶部１０１は、導電性薄膜によるテラヘルツ光の反射率と導電性薄膜の電気抵抗との相関関係を記憶する。電気抵抗判定部１１５と、反射率判定部１１１による判定結果と、記憶部１０１に記憶されている相関関係と、に基づいて、導電性薄膜の電気抵抗を判定する。
また、本実施形態に係る電気抵抗測定方法は、以下の工程を有する。
１）テラヘルツ光を導電性薄膜に対して照射する工程
２）導電性薄膜からの反射光１０８を検出する工程
３）反射光１０８を検出する工程での検出結果に基づいて、導電性薄膜によるテラヘルツ光の反射率を判定する工程
４）反射率を判定する工程での判定結果と、導電性薄膜によるテラヘルツ光の反射率と導電性薄膜の電気抵抗との相関関係と、に基づいて、導電性薄膜の電気抵抗を判定する工程

電気抵抗測定装置１００は、更に、試料が設置される試料設置部１０７と、記憶部１０１から上記相関関係を示す情報を取得する取得部１１３と、を有する。電気抵抗判定部１１５は、反射率判定部１１１による判定結果と、取得部１１３により取得された上記相関関係を示す情報と、に基づいて、導電性薄膜の電気抵抗を判定する。

図２に示すように、光照射部１０３は、例えば、光パラメトリック発振器３を備えて構成されている。

光パラメトリック発振器３の励起光２にはＮｄ：ＹＡＧレーザー１の第二高調波（波長：５３２ｎｍ）を用いている。励起光２は光パラメトリック発振器３に入射する。光パラメトリック発振器３は、反射鏡４と透過鏡５とにより構成された一台の共振器と、その共振器内に設置された２個のＫＴＰ結晶（ＫＴｉＯＰＯ_４結晶）６、７と、を有する。これら２つのＫＴＰ結晶６、７の結晶角度は、互いに僅かに異なる。ＫＴＰ結晶６とＫＴＰ結晶７とから、互いに異なる１．３μｍ帯の二波長９を発振させることができる。

１．３μｍ帯の二波長９を反射鏡８と反射鏡１０で順次に反射させ、ＤＡＳＴ結晶（４−ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ−Ｎ−ｍｅｔｈｙｌ−４−ｓｔｉｌａｂａｚｏｌｉｕｍ−ｔｏｓｙｌａｔｅ）１１に入射する。すると、非線形光学効果により１．５ＴＨｚ以上４７ＴＨｚ以下のテラヘルツ光１２を取り出すことができる。

発生したテラヘルツ光１２を反射鏡１３で反射させ、試料設置部１０７に設置された試料１４に対し、１０°の傾きで照射する。試料１４から１０°の傾きで反射したテラヘルツ光１２（反射光１０８（図１））を反射鏡１５で反射し、反射光検出部１０９としてのＤＴＧＳ（ＤｅｕｔｅｒｉｕｍＴｒｉ−ＧｌｙｃｉｎｅＳｕｌｆａｔｅ）検出器１６で受光する。なお、試料１４にテラヘルツ光を照射することができれば、ＤＡＳＴ結晶１１の変わりに他の結晶を使用しても構わない。また、フェムト秒レーザーを使用して発振したテラヘルツ帯域の光波を使用しても構わない。

上記のような、ＤＡＳＴ結晶１１を用いた光パラメトリック発振器３については、非特許文献１に記載されている。

ここで、反射率は、以下のように測定することができる。まず、試料設置部１０７に、試料１４ではなく、図示しない参照板（例えば、金ミラー）を設置する。照射光であるテラヘルツ光１２がその参照板で反射した光を反射光検出部１０９としてのＤＴＧＳ検出器１６により検出する。その検出結果を、照射光強度と定義する。
次に、試料設置部１０７から参照板を取り外し、試料設置部１０７に試料１４を設置する。照射光であるテラヘルツ光１２が試料１４で反射した光を反射光検出部１０９としてのＤＴＧＳ検出器１６により検出する。その検出結果を、反射光強度と定義する。
反射率判定部１１１は、反射光強度を照射光強度で割った値を反射率として測定（判定）する。
なお、ここで説明したもの以外であっても、導電性薄膜によるテラヘルツ光の反射率と相関関係のあるその他の値を、上記の反射率として求めても良い。

図３はテラヘルツ光の周波数と反射率との関係を示す図である。

曲線Ｌ１は、下地基板としてのソーダガラス板上に、導電性薄膜としてのＩＺＯ（インジウム・亜鉛酸化物）膜を膜厚２００ｎｍで形成してなる第１試料を用いた場合の測定結果を示す。

曲線Ｌ２は、下地基板としての無アルカリガラス板上に、導電性薄膜としてのＩＴＯ（インジウム・錫酸化物）膜を膜厚１００ｎｍで形成してなる第２試料を用いた場合の測定結果を示す。

曲線Ｌ３は、下地基板としての無アルカリガラス板上に、導電性薄膜としてのＩＴＯ膜を膜厚３０ｎｍで形成してなる第３試料を用いた場合の測定結果を示す。

曲線Ｌ４は、下地基板としての無アルカリガラス板上に、導電性薄膜としてのＩＴＯ膜を膜厚１０ｎｍで形成してなる第４試料を用いた場合の測定結果を示す。

第１乃至第４試料の何れにおいても、下地基板は一辺２５ｍｍで厚さ１ｍｍのものである。

なお、曲線Ｌ５は、下地基板としてのソーダガラス板のみを試料設置部１０７に設置した場合の測定結果を示す。また、曲線Ｌ６は、下地基板としての無アルカリガラス板のみを試料設置部１０７に設置した場合の測定結果を示す。

第１乃至第４試料について、接触式の測定によりそれぞれ導電性薄膜の表面抵抗を求めた。試料１の表面抵抗は、１７Ω／□であった。試料２の表面抵抗は、２３０Ω／□であった。試料３の表面抵抗は、５２０Ω／□であった。試料４の表面抵抗は、１５６０Ω／□であった。

図１の結果から、表面抵抗が大きくなるにつれ、反射率が下がる傾向があることが分かる。

ここで、測定結果には、バックグラウンド（下地基板）の反射率が混ざるので、薄膜だけの反射成分を比較したい場合、各下地基板の反射率が同じであることを確認する必要がある。一例として、下地基板となる無アルカリガラスとソーダガラスの反射率は２３ＴＨｚで互いに同じ反射率を示している。このことは、２３ＴＨｚではガラスの種類に影響せず、導電性薄膜だけの反射成分を読み取れることを示している。

図４は照射光であるテラヘルツ光の波長が２３ＴＨｚのときの反射率と表面抵抗との関係を示す図である。
図４から、表面抵抗は、下記（１）式の累乗近似で表されることが分かった。
ｙ＝１６．０４ｘ^{−１．８７} ・・・・・・（１）

従って、記憶部１０１には、上記（１）式が記憶されている。照射光であるテラヘルツ光の波長が２３ＴＨｚの場合、反射率判定部１１１により判定された反射率を上記（１）式のｘに置き換えることにより、表面抵抗を上記（１）式のｙの値として演算することができる。

なお、２３ＴＨｚはソーダガラスと無アルカリガラスの反射率が互いに同じで、且つ、特に反射率が低いので、薄膜の反射率の差を大きく取れる。同じように２５ＴＨｚでも測定できる。１２ＴＨｚ付近や１２ＴＨｚ付近でも、やや反射率が高いが測定可能である。

また、ソーダガラスや無アルカリガラスの他のガラスを下地基板に用いた場合、ソーダガラス又は無アルカリガラスの反射率と同じである周波数が確認できれば、本実施形態と同様の方法で測定可能である。

以上のような第１の実施形態によれば、導電性薄膜によるテラヘルツ光の反射率と、導電性薄膜の電気抵抗と、の相関関係（上記（１）式）を予め記憶部１０１に記憶している。そして、導電性薄膜によるテラヘルツ光の反射率を判定し、その判定結果と、上記相関関係と、に基づいて、導電性薄膜の電気抵抗を判定することができる。よって、導電性薄膜の電気抵抗を非接触式で測定（判定）することができる。

１Ｎｄ：ＹＡＧレーザー
２励起光
３光パラメトリック発振器
４反射鏡
５透過鏡
６ＫＴＰ結晶
７ＫＴＰ結晶
８反射鏡
９１．３μｍ帯の二波長
１０反射鏡
１１ＤＡＳＴ結晶
１２テラヘルツ光
１３反射鏡
１４試料
１５反射鏡
１６ＤＴＧＳ検出器
１００電気抵抗測定装置
１０１記憶部
１０３光照射部
１０７試料設置部
１０８反射光
１０９反射光検出部
１１１反射率判定部
１１３取得部
１１５電気抵抗判定部

Claims

テラヘルツ光を導電性薄膜に対して照射する光照射部と、
前記導電性薄膜からの反射光を検出する反射光検出部と、
前記反射光検出部による検出結果に基づいて、前記導電性薄膜による前記テラヘルツ光の反射率を判定する反射率判定部と、
前記導電性薄膜による前記テラヘルツ光の反射率と、前記導電性薄膜の電気抵抗と、の相関関係を記憶する記憶部と、
前記反射率判定部による判定結果と、前記相関関係と、に基づいて、前記導電性薄膜の電気抵抗を判定する電気抵抗判定部と、
を有することを特徴とする電気抵抗測定装置。
前記電気抵抗は表面抵抗であることを特徴とする請求項１に記載の電気抵抗測定装置。
前記導電性薄膜はインジウム・錫酸化物（ＩＴＯ）膜であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気抵抗測定装置。
前記導電性薄膜はインジウム・亜鉛酸化物（ＩＺＯ）膜であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気抵抗測定装置。
前記光照射部は、周波数が２３ＴＨｚの前記テラヘルツ光を照射することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の電気抵抗測定装置。
テラヘルツ光を導電性薄膜に対して照射する工程と、
前記導電性薄膜からの反射光を検出する工程と、
前記反射光を検出する工程での検出結果に基づいて、前記導電性薄膜による前記テラヘルツ光の反射率を判定する工程と、
前記反射率を判定する工程での判定結果と、前記導電性薄膜による前記テラヘルツ光の反射率と前記導電性薄膜の電気抵抗との相関関係と、に基づいて、前記導電性薄膜の電気抵抗を判定する工程と、
を有することを特徴とする電気抵抗測定方法。
前記電気抵抗は表面抵抗であることを特徴とする請求項６に記載の電気抵抗測定方法。
前記導電性薄膜はインジウム・錫酸化物（ＩＴＯ）膜であることを特徴とする請求項６又は７に記載の電気抵抗測定方法。
前記導電性薄膜はインジウム・亜鉛酸化物（ＩＺＯ）膜であることを特徴とする請求項６又は７に記載の電気抵抗測定方法。
前記テラヘルツ光の周波数が２３ＴＨｚであることを特徴とする請求項６乃至９の何れか一項に記載の電気抵抗測定方法。