RU166138U1 - DEVICE FOR CONTROL OF SURFACE RESISTANCE OF METAL FILMS - Google Patents

DEVICE FOR CONTROL OF SURFACE RESISTANCE OF METAL FILMS Download PDF

Info

Publication number
RU166138U1
RU166138U1 RU2016110171/28U RU2016110171U RU166138U1 RU 166138 U1 RU166138 U1 RU 166138U1 RU 2016110171/28 U RU2016110171/28 U RU 2016110171/28U RU 2016110171 U RU2016110171 U RU 2016110171U RU 166138 U1 RU166138 U1 RU 166138U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
probe
probes
current
distance
meter
Prior art date
Application number
RU2016110171/28U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Рудиарий Борисович Бурлаков
Александр Геннадьевич Кузин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского"
Priority to RU2016110171/28U priority Critical patent/RU166138U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU166138U1 publication Critical patent/RU166138U1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Abstract

Устройство для контроля поверхностного сопротивления металлических пленок, содержащее зондовую головку с расположением зондов на прямой линии, источник тока и измеритель тока, измеритель напряжения, подключенный к одной паре зондов, отличающееся тем, что зондовая головка содержит три зонда, причем расстояние sмежду средним зондом и первым внешним зондом, по крайней мере, в два раза меньше расстояния sмежду средним зондом и вторым внешним зондом, измеритель напряжения подключен к среднему зонду и ко второму внешнему зонду с большим расстоянием между ними, при этом последовательно соединенные источник тока и измеритель тока подключены к первому внешнему зонду и, по крайней мере, к одному электрическому контакту, расположенному на поверхности металлической пленки около ее внешнего контура.A device for monitoring the surface resistance of metal films, comprising a probe head with the probes in a straight line, a current source and a current meter, a voltage meter connected to one pair of probes, characterized in that the probe head contains three probes, the distance between the middle probe and the first the external probe is at least half the distance between the middle probe and the second external probe, the voltage meter is connected to the middle probe and to the second external probe with a large distance yaniem therebetween, wherein the serially connected current source and current meter are connected to the first outer probe and at least one electrical contact disposed on the surface of the metal film near its outer contour.

Description

Полезная модель относится к исследованию электрических или магнитных свойств материалов, в частности, к устройствам для измерения поверхностного сопротивления тонких металлических пленок.The utility model relates to the study of the electrical or magnetic properties of materials, in particular, to devices for measuring the surface resistance of thin metal films.

Известно устройство для измерения удельного сопротивления электропроводящих слоев, основанное на использовании так называемого четырехзондового метода (см., например, 1) Батавин В.В. и др. Измерение параметров полупроводниковых материалов и структур. - М: Радио и связь, 1985, с. 5; 2) US №3735254, (Int. Cl. G01R 27/14), опубл. 22.05.1973); 3) US №5691648, (Int. Cl.6 G01R 27/14), опубл. 25.11.1997; 4) US №5914611, (Int. Cl.6 G01R 27/14), опубл. 22.01.1999). Устройство содержит источник тока, измерители тока и напряжения и четырехзондовую головку, в которой к одной паре зондов подключены последовательно соединенные источник и измеритель тока I, а к другой паре зондов подключен измеритель напряжения V. При условии, что толщина пластины d, по крайней мере, в два раза меньше расстояния s между зондами четырехзондовой головки при известной толщине пластины, может быть найдено удельное объемное сопротивление ρ материала пластины по формуле:A device is known for measuring the resistivity of electrically conductive layers, based on the use of the so-called four-probe method (see, for example, 1) Batavin V.V. et al. Measurement of parameters of semiconductor materials and structures. - M: Radio and communications, 1985, p. 5; 2) US No. 3735254, (Int. Cl. G01R 27/14), publ. 05/22/1973); 3) US No. 5691648, (Int. Cl. 6 G01R 27/14), publ. 11/25/1997; 4) US No. 5914611, (Int. Cl. 6 G01R 27/14), publ. 01/22/1999). The device comprises a current source, current and voltage meters and a four-probe head, in which a source and current meter I are connected in series to one pair of probes, and voltage meter V is connected to another pair of probes, provided that the plate thickness d is at least two times less than the distance s between the probes of the four-probe head with a known plate thickness, the specific volume resistance ρ of the plate material can be found by the formula:

Figure 00000002
Figure 00000002

Недостатком этого устройства является малая величина напряжения V, составляющая единицы микровольт, при измерении удельного сопротивления тонких металлических пленок, и обусловленная этим повышенная сложность устройства.The disadvantage of this device is the small value of voltage V, which is a unit of microvolts, when measuring the resistivity of thin metal films, and the increased complexity of the device due to this.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели и принятым за прототип является устройство для контроля толщины и удельного сопротивления электропроводящих изделий (см. патент RU №2204114, (МПК G01N 27/02, G01B 7/06), опубл. 10.05.2003). Это устройство содержит зондовую головку, источник тока, соединенный с одной из пар зондов, измеритель тока, два измерителя напряжения. Зондовая головка содержит не менее шести зондов: "а", "б", "в", "г", "д", "е". Между тремя зондами "а", "б", "в" расстояние s1, по крайней мере, в 10 раз меньше, чем расстояние s2 между зондами "в", "г", "д", "е". Пара зондов "б" и "в" с малым расстоянием s, подключена к первому измерителю напряжения. Пара зондов "г" и "д" с большим расстоянием s2 подключена ко второму измерителю напряжения. Последовательно соединенные источник тока и измеритель тока подключены к крайним токовым зондам "а" и "е". Это устройство реализует комбинацию двух вариантов четырехзондового метода, а именно: при соприкосновении головки с измеряемым изделием и при пропускании тока I через зонды "а" и "в" на зондах "б-в" измеряется падение напряжения Vl, причем если 3,3s1≤d (где d - толщина контролируемого изделия), то с точностью до 2,3% можно получить:

Figure 00000003
The closest in technical essence to the claimed utility model and adopted as a prototype is a device for controlling the thickness and resistivity of electrically conductive products (see patent RU No. 2204114, (IPC G01N 27/02, G01B 7/06), publ. 10.05.2003) . This device contains a probe head, a current source connected to one of the pairs of probes, a current meter, two voltage meters. The probe head contains at least six probes: "a", "b", "c", "g", "d", "e". Between the three probes "a", "b", "c" the distance s 1 is at least 10 times less than the distance s 2 between the probes "c", "g", "e", "e". A pair of probes "b" and "c" with a small distance s, is connected to the first voltage meter. A pair of probes "g" and "d" with a large distance s 2 connected to the second voltage meter. Serially connected current source and current meter are connected to extreme current probes "a" and "e". This device implements a combination of two variants of the four-probe method, namely: when the head touches the measured product and when current I passes through the probes "a" and "c" on the probes "b-c", the voltage drop V l is measured, and if 3.3 s 1 ≤d (where d is the thickness of the controlled product), then with an accuracy of 2.3% you can get:
Figure 00000003

на зондах "г-д" измеряется падение напряжения V2, причем если s2≥2d, то имеет место равенство:

Figure 00000004
on probes "gd" the voltage drop V 2 is measured, and if s 2 ≥2d, then the equality
Figure 00000004

Из формул (2) и (3) может быть найдена толщина изделия:From formulas (2) and (3), the thickness of the product can be found:

Figure 00000005
Figure 00000005

Формулы (2) и (4) получены для условия, когда все зонды находятся на одной линии, расстояния S, между тремя зондами "а", "б", "в" одинаковы и расстояния s2 между четырьмя зондами "в", "г", "д", "е" также одинаковы.Formulas (2) and (4) are obtained for the condition when all the probes are on the same line, the distances S, between the three probes "a", "b", "c" are the same and the distances s 2 between the four probes "c", " g "," e "," e "are also the same.

Однако условие 3,3s1≤d невозможно выполнить и, следовательно, формулы (2) и (4) нельзя использовать, когда удельное сопротивление измеряется с помощью данного устройства на тонких металлических пленках с толщиной менее 1 мкм. Несмотря на то, что при переходе к тонким металлическим пленкам уменьшение толщины электропроводящего слоя в 103 раз (по сравнению с прототипом) позволяет уменьшить ток I в 103 раз (до значений 50÷100 мА), плотность тока j и плотность рассеиваемой мощности р в области токовых зондов достигает больших значений. Оценка этих величин по формулам:

Figure 00000006
However, the condition 3.3s 1 ≤d cannot be fulfilled and, therefore, formulas (2) and (4) cannot be used when the resistivity is measured using this device on thin metal films with a thickness of less than 1 μm. Despite the fact that during the transition to thin metal films, a decrease in the thickness of the electrically conductive layer by 10 3 times (as compared with the prototype) allows us to reduce the current I by 10 3 times (to values of 50 ÷ 100 mA), the current density j, and the power dissipation density p reaches high values in the field of current probes. Evaluation of these values by the formulas:
Figure 00000006

дает следующие значения: j=1,99·105 А·см-2, и р=1,07·105 Вт·см-3, для пленки алюминия с толщиной d=0,4 мкм=4·10-5 см и ρ=2,7·10-6 Ом·см при токе зонда I=0,05 А и радиусе зонда r=10 мкм=1·10-3 см. Такие высокие значения плотности тока j и плотности рассеиваемой мощности р в области токовых зондов приводят к изменениям кристаллической структуры и удельного сопротивления металла, которые обусловлены его локальной термообработкой во время измерения, и, соответственно, к более высоким значениям измеренного значения удельного сопротивления металла. Кроме этого к недостатку прототипа следует отнести повышенную сложность зондовой головки и устройства в целом, которые ограничивают его эксплуатационные возможности.gives the following values: j = 1.99 · 10 5 A · cm -2 , and p = 1.07 · 10 5 W · cm -3 , for an aluminum film with a thickness d = 0.4 μm = 4 · 10 -5 cm and ρ = 2.7 · 10 -6 Ohm · cm with a probe current I = 0.05 A and a probe radius r = 10 μm = 1 · 10 -3 cm. Such high current densities j and power dissipations p regions of current probes lead to changes in the crystal structure and resistivity of the metal, which are caused by its local heat treatment during measurement, and, accordingly, to higher values of the measured value of the resistivity of the metal. In addition to the disadvantage of the prototype should include the increased complexity of the probe head and the device as a whole, which limit its operational capabilities.

Заявляемая полезная модель решает техническую задачу упрощения устройства и снижения тепловой нагрузки в контролируемой области металлической пленки.The inventive utility model solves the technical problem of simplifying the device and reducing heat load in the controlled area of the metal film.

Указанный технический результат достигается тем, что заявляемое устройство для контроля поверхностного сопротивления металлических пленок, содержащее зондовую головку с расположением зондов на прямой линии, источник тока и измеритель тока, измеритель напряжения, подключенный к одной паре зондов, зондовая головка содержит три зонда, причем расстояние s1 между средним зондом и первым внешним зондом, по крайней мере, в два раза меньше расстояния s2 между средним зондом и вторым внешним зондом, измеритель напряжения подключен к среднему зонду и ко второму внешнему зонду с большим расстоянием между ними, при этом последовательно соединенные источник тока и измеритель тока подключены к первому внешнему зонду и, по крайней мере, к одному электрическому контакту, рассположенному на поверхности металлической пленки около ее внешнего контура.The specified technical result is achieved by the fact that the inventive device for monitoring the surface resistance of metal films containing a probe head with the probes in a straight line, a current source and a current meter, a voltage meter connected to one pair of probes, the probe head contains three probes, and the distance s 1 between the middle and the first outer probe tip at least twice smaller than the distance s between the average probe 2 and a second outer probe voltage meter is connected to the middle zo row and the second outer probe with a large distance therebetween, wherein the serially connected current source and current meter are connected to the first outer probe and at least one electrical contact, which is placed on the surface of the metal film near its outer contour.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 показано заявляемое устройство, содержащее зондовую головку с тремя зондами, расположенными на прямой линии, на фиг 2 представлены графики зависимостей плотности тока j и плотности рассеиваемой мощности p от расстояния r до токового зонда (графики рассчитаны по формулам (5) для пленки алюминия с толщиной 0,4 мкм при токе зонда 0,05 А).The essence of the utility model is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows the inventive device containing a probe head with three probes located on a straight line, FIG. 2 shows graphs of the dependences of the current density j and the power dissipation density p on the distance r to the current probe (the graphs are calculated by formulas (5) for an aluminum film with a thickness 0.4 μm at a probe current of 0.05 A).

Устройство для контроля поверхностного сопротивления металлических пленок, содержит зондовую головку с тремя зондами 1, 2 и 3, расположенными на прямой линии, источник тока, измеритель тока и измеритель напряжения, при этом расстояние s, между средним зондом 2 и первым внешним зондом 1, по крайней мере, в два раза меньше расстояния s2 между средним зондом и вторым внешним зондом 3 (2s1≤s2), измеритель напряжения подключен к среднему зонду 2 и ко второму внешнему зонду 3, последовательно соединенные источник тока и измеритель тока подключены к первому внешнему зонду 1 и, по крайней мере, к одному электрическому контакту 5, рассположенному на поверхности металлической пленки около ее внешнего контура. В конкретном примере выполнения токовые контакты 5 выполнены в виде навесок индия с размерами 3×3×0,5 мм3, присоединенных к поверхности пленки алюминия вблизи вершин прямоугольной области этой пленки путем незначительного давления на навески индия при комнатной температуре (фиг. 1).A device for monitoring the surface resistance of metal films, contains a probe head with three probes 1, 2 and 3, located on a straight line, a current source, a current meter and a voltage meter, the distance s between the middle probe 2 and the first external probe 1, at least half the distance s 2 between the middle probe and the second external probe 3 (2s 1 ≤ s 2 ), the voltage meter is connected to the middle probe 2 and to the second external probe 3, the current source and current meter connected in series to the external probe 1 and at least one electrical contact 5 located on the surface of the metal film near its outer contour. In a specific exemplary embodiment, the current contacts 5 are made in the form of indium hanging 3 × 3 × 0.5 mm 3 attached to the surface of the aluminum film near the vertices of the rectangular region of this film by slight pressure on the indium hanging at room temperature (Fig. 1).

Устройство для контроля поверхностного сопротивления металлических пленок работает следующим образом. При соприкосновении зондов 1, 2 и 3 головки с поверхностью металлической пленки 6 и при пропускании тока I1, через зонд 1 и токовый контакт 5 на зондах 2 и 3 измеряют падение напряжения V23. Удельное поверхностное сопротивление ρs металлической пленки рассчитывают по формуле:A device for monitoring the surface resistance of metal films works as follows. When the probes 1, 2 and 3 of the head come into contact with the surface of the metal film 6 and when current I 1 is passed through the probe 1 and current contact 5 on the probes 2 and 3, the voltage drop V 23 is measured. The specific surface resistance ρ s of the metal film is calculated by the formula:

Figure 00000007
Figure 00000007

Формула (6) получена следующим образом. Если d«s1 и d«s2, то можно пренебречь падением напряжения по толщине металлического слоя 6 вблизи токового контакта 1 и считать, что распределение тока и потенциала в слое двухмерное. Поэтому, учитывая цилиндрическую симметрию распределения потенциала φ(r), для определения потенциалов φ12 и φ13 в точках 2 и 3, а затем и разности потенциалов V23=φ12-φ13 в точках 2 и 3 достаточно решить в цилиндрической системе координат уравнение Лапласа, в котором оставлен лишь член, зависящий от расстояния r до токового контакта:Formula (6) is obtained as follows. If d «s 1 and d« s 2 , then we can neglect the voltage drop across the thickness of the metal layer 6 near the current contact 1 and assume that the distribution of current and potential in the layer is two-dimensional. Therefore, taking into account the cylindrical symmetry of the potential distribution φ (r), to determine the potentials φ 12 and φ 13 at points 2 and 3, and then the potential difference V 23 = φ 12 -φ 13 at points 2 and 3, it is sufficient to solve in a cylindrical coordinate system Laplace equation, in which only a term is left, depending on the distance r to the current contact:

Figure 00000008
Figure 00000008

Решение уравнения (7) имеет вид (см. Павлов Л.П. Методы определения основных параметров полупроводниковых материалов. М.: Высшая школа, 1975, с. 17):The solution of equation (7) has the form (see Pavlov L.P. Methods for determining the main parameters of semiconductor materials. M: Higher school, 1975, p. 17):

Figure 00000009
Figure 00000009

где C2 - постоянная интегрирования. По формуле (8), потенциалы φ12, φ13 и φ14 электрического поля, создаваемого в точках 2, 3 и 4 током (+I1,), втекающим в слой через контакт 1, соответственно равны:where C 2 is the integration constant. According to the formula (8), the potentials φ 12 , φ 13 and φ 14 of the electric field created at points 2, 3 and 4 by the current (+ I 1 ,) flowing into the layer through pin 1 are respectively equal:

Figure 00000010
Figure 00000010

Будем считать, что расстояние (s1+s2+s3) от точечного контакта 1 до точки 4 много больше расстояний s1 и (s1+s2), и что потенциал в точке 4 равен нулю: φ14=0. Подстановка этого условия в равенство (10) дает выражение для постоянной интегрирования С2:We assume that the distance (s 1 + s 2 + s 3 ) from point contact 1 to point 4 is much greater than the distances s 1 and (s 1 + s 2 ), and that the potential at point 4 is zero: φ 14 = 0. Substitution of this condition into equality (10) gives an expression for the constant integration of C 2 :

Figure 00000011
Figure 00000011

Подстановка выражения (11) в равенства (9) приводит к выражениям для потенциалов φ12 и φ13 в точках 2 и 3:Substitution of expression (11) into equalities (9) leads to expressions for potentials φ 12 and φ 13 at points 2 and 3:

Figure 00000012
Figure 00000012

Используя выражения (12), получим разность потенциалов V23=φ12-φ13 точках 2 и З:Using expressions (12), we obtain the potential difference V 23 = φ 12 -φ 13 points 2 and 3:

Figure 00000013
Figure 00000013

В формуле (13) (ρ/d) есть удельное поверхностное сопротивление ρs материала проводящего слоя: ρs=ρ/d. С учетом этого из формулы (13) имеем выражение (6) для расчета поверхностного сопротивления материала проводящего слоя.In the formula (13) (ρ / d) there is a specific surface resistance ρ s of the material of the conductive layer: ρ s = ρ / d. With this in mind, from formula (13) we have expression (6) for calculating the surface resistance of the material of the conductive layer.

Реализация полезной модели может быть проиллюстрирована следующим примером. При помощи зондовой головки с расстоянием между зондами 1 и 2 s1=0,8 мм и расстоянием между зондами 2 и 3 s2=1,725 мм были измерены поверхностное ρs и удельное ρ сопротивления тонкой пленки алюминия толщиной 0,4 мкм. Значение расстояния sl=0,8 мм между зондами 1 и 2 было выбрано на основе рассчитанных зависимостей плотности тока j и плотности рассеиваемой мощности p от расстояния r (s1) до токового зонда 1 (графики этих зависимостей, представленные на фиг. 2, были рассчитаны по формулам (5) для пленки алюминия толщиной 0,4 мкм при токе зонда 0,05 А). Из фиг. 2 видно, что при s1≥0,6 мм графики этих зависимостей выходят на пологие участки со значениями плотности тока j в интервале (33,2÷19,9) А/мм2 при s1=(0,6÷1) мм, что соответствует сниженному выделению тепла в контролируемой области металлической пленки между зондами 2 и 3. Этому способствует условие (2s1≤s2), так как реализация этого условия расширяет контролируемую область металлической пленки, что приводит к увеличению площади, через которую тепло отводится в подложку, и, соответственно, к снижению температуры металлической пленки между зондами 2 и 3. Пленка алюминия была осаждена на стеклянную подложку методом термовакуумного испарения. Размеры подложки составляли 24×20×1.5 мм2, а размеры квадратной области металлической пленки 20×20 мм2. Для обеспечения более высокой проводимости пленки алюминия подложка подвергалась физическому обезжириванию в этиловом спирте и ацетоне, отжигу на воздухе при 180°С в течение 40 мин, ионной очистке в вакуумной камере при давлении остаточного газа (2÷1)·10-1 мм рт.ст. и температуре спая термопары, равной (240ч250)°С, в течение 15 мин. При этой температуре после окончания ионной очистки подложка отжигалась в вакууме при давлении остаточного газа (2÷3)·10-5 мм рт.ст. в течение 30 мин. Термовакуумное испарение алюминия выполнялось из вольфрамового испарителя с высокой скоростью осаждения пленки 40

Figure 00000014
при температуре подложки 150°С. После осаждения тонкой пленки алюминия на ее поверхности вблизи вершин квадратной области этой пленки были изготовлены распределенные токовые контакты в виде навесок индия с размерами 3×3×0,5 мм3. Для измерения поверхностного сопротивления тонкой металлической пленки использовалась трехзондовая головка, содержащая три подпружиненных зонда из вольфрамовой проволоки диаметром 0,5 мм, установленных вдоль прямой линии. Зонды устанавливались на поверхность металлической пленки на осевую линию, параллельную стороне квадрата, на одинаковых расстояниях от двух других его сторон, перпендикулярных указанной осевой линии. Затем выполнялись последовательно измерения токов и напряжений, при этом значение тока изменяли в интервале (0,02÷0,06) А. При этом внешние проводники от измерителя напряжения были подключены к зондам 2 и 3, а проводники от последовательно соединенных источника тока и измерителя тока были подключены к зонду 1 и к параллельно соединенным индиевым контактам 5. После этого измерялись толщина d металлической пленки с помощью микроинтерферометра Линника МИИ-4, а также расстояния s1 и s2 с помощью микроскопа «Биолам» путем измерения расстояний между центрами контактных площадок, которые видны на поверхности металлического слоя после контактирования зондов 1, 2 и 3 с этим слоем.. Результаты измерения тока I1 и напряжения V23 и расчета удельного поверхностного ρs (по формуле (6)) и удельного объемного ρ (по формуле: ρ=ρsd) сопротивлений приведены в таблице 1.The implementation of the utility model can be illustrated by the following example. Using a probe head with a distance between probes 1 and 2 s 1 = 0.8 mm and a distance between probes 2 and 3 s 2 = 1.725 mm, the surface ρ s and specific resistance ρ of a thin aluminum film 0.4 μm thick were measured. The value of the distance s l = 0.8 mm between the probes 1 and 2 was selected based on the calculated dependences of the current density j and the power dissipation density p on the distance r (s 1 ) to the current probe 1 (graphs of these dependences presented in Fig. 2, were calculated by formulas (5) for an aluminum film with a thickness of 0.4 μm at a probe current of 0.05 A). From FIG. 2 it can be seen that for s 1 ≥0.6 mm, the graphs of these dependences go to gently sloping sections with current densities j in the range (33.2 ÷ 19.9) A / mm 2 for s 1 = (0.6 ÷ 1) mm, which corresponds to a reduced heat release in the controlled area of the metal film between probes 2 and 3. This is facilitated by the condition (2s 1 ≤s 2 ), since the implementation of this condition expands the controlled area of the metal film, which leads to an increase in the area through which heat is removed into the substrate, and, accordingly, to reduce the temperature of the metal film between the probes 2 and 3. The aluminum film was deposited on a glass substrate by thermal vacuum evaporation. The dimensions of the substrate were 24 × 20 × 1.5 mm 2 , and the dimensions of the square region of the metal film were 20 × 20 mm 2 . To ensure higher conductivity of the aluminum film, the substrate was physically degreased in ethyl alcohol and acetone, annealed in air at 180 ° С for 40 min, and ion cleaned in a vacuum chamber at a residual gas pressure of (2 ÷ 1) · 10 -1 mm RT. Art. and a junction temperature of a thermocouple equal to (240 h250) ° C for 15 min. At this temperature, after the completion of ion cleaning, the substrate was annealed in vacuum at a residual gas pressure of (2–3) × 10 –5 mm Hg. within 30 minutes Thermovacuum evaporation of aluminum was carried out from a tungsten evaporator with a high film deposition rate of 40
Figure 00000014
at a substrate temperature of 150 ° C. After deposition of a thin aluminum film on its surface near the vertices of the square region of this film, distributed current contacts were made in the form of indium hanging with dimensions of 3 × 3 × 0.5 mm 3 . To measure the surface resistance of a thin metal film, a three-probe head was used containing three spring-loaded tungsten wire probes with a diameter of 0.5 mm installed along a straight line. The probes were mounted on the surface of a metal film on an axial line parallel to the side of the square, at equal distances from its other two sides, perpendicular to the indicated axial line. Then, currents and voltages were measured in series, while the current value was changed in the interval (0.02 ÷ 0.06) A. In this case, the external conductors from the voltage meter were connected to probes 2 and 3, and the conductors from a series-connected current source and meter current were connected to probe 1 and parallel connected indium contacts 5. After that, the thickness d of the metal film was measured using a Linnik MII-4 microinterferometer, as well as the distances s 1 and s 2 using the Biolam microscope by measuring the distances between the centers of the contact pads that are visible on the surface of the metal layer after the probes 1, 2 and 3 are in contact with this layer. The results of measuring the current I 1 and voltage V 23 and calculating the specific surface ρ s (according to formula (6)) and specific volume ρ ( by the formula: ρ = ρ s d) resistances are shown in table 1.

Figure 00000015
Figure 00000015

Из данных таблицы следует, что при изменении тока I1 в интервале (0,02÷0,06) А относительные отклонения

Figure 00000016
удельного поверхностного сопротивления ρs пленки алюминия от его среднего значения
Figure 00000017
имеют место как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения ρs и не превышают 3,5%. Это свидетельствует о том, что эти отклонения обусловлены не увеличеним тока I1 и связанного с этим увеличением нагрева пленки алюминия в контролируемой области между зондами 2 и 3, а погрешностями измерения тока I1 и напряжения V23. Полученные значения удельного сопротивления алюминия не противоречат табличным данным (см., например, Таблицы физических величин. Справочник. Под ред. академика Кикоина И.К. М.: Атомиздат. 1976. С. 305.From the table it follows that with a change in current I 1 in the interval (0.02 ÷ 0.06) A, the relative deviations
Figure 00000016
specific surface resistance ρ s of the aluminum film from its average value
Figure 00000017
occur both in the direction of increasing and decreasing ρ s and do not exceed 3.5%. This indicates that these deviations are caused not by an increase in current I 1 and the associated increase in heating of the aluminum film in the controlled region between probes 2 and 3, but by errors in the measurement of current I 1 and voltage V 23 . The obtained values of the resistivity of aluminum do not contradict the tabular data (see, for example, Tables of physical quantities. Reference. Edited by Academician Kikoin I.K. M .: Atomizdat. 1976. P. 305.

Claims (1)

Устройство для контроля поверхностного сопротивления металлических пленок, содержащее зондовую головку с расположением зондов на прямой линии, источник тока и измеритель тока, измеритель напряжения, подключенный к одной паре зондов, отличающееся тем, что зондовая головка содержит три зонда, причем расстояние s1 между средним зондом и первым внешним зондом, по крайней мере, в два раза меньше расстояния s2 между средним зондом и вторым внешним зондом, измеритель напряжения подключен к среднему зонду и ко второму внешнему зонду с большим расстоянием между ними, при этом последовательно соединенные источник тока и измеритель тока подключены к первому внешнему зонду и, по крайней мере, к одному электрическому контакту, расположенному на поверхности металлической пленки около ее внешнего контура.
Figure 00000001
A device for monitoring the surface resistance of metal films containing a probe head with the probes in a straight line, a current source and a current meter, a voltage meter connected to one pair of probes, characterized in that the probe head contains three probes, and the distance s 1 between the middle probe and a first outer probe, at least twice smaller than the distance s between the average probe 2 and a second outer probe voltage meter connected to the secondary probe and the second probe with a large external pa standing therebetween, wherein the serially connected current source and current meter are connected to the first outer probe and at least one electrical contact disposed on the surface of the metal film near its outer contour.
Figure 00000001
RU2016110171/28U 2016-03-21 2016-03-21 DEVICE FOR CONTROL OF SURFACE RESISTANCE OF METAL FILMS RU166138U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016110171/28U RU166138U1 (en) 2016-03-21 2016-03-21 DEVICE FOR CONTROL OF SURFACE RESISTANCE OF METAL FILMS

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016110171/28U RU166138U1 (en) 2016-03-21 2016-03-21 DEVICE FOR CONTROL OF SURFACE RESISTANCE OF METAL FILMS

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU166138U1 true RU166138U1 (en) 2016-11-20

Family

ID=57792816

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016110171/28U RU166138U1 (en) 2016-03-21 2016-03-21 DEVICE FOR CONTROL OF SURFACE RESISTANCE OF METAL FILMS

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU166138U1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU173990U1 (en) * 2017-05-12 2017-09-25 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Пульсар" DEVICE WITH FOUR PROBE HEAD
RU2734061C1 (en) * 2019-08-13 2020-10-12 Владимир Владимирович Малеронок Method of measuring total electrical resistance of a reinforced layer of articles made from metals using high frequency signals

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU173990U1 (en) * 2017-05-12 2017-09-25 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Пульсар" DEVICE WITH FOUR PROBE HEAD
RU2734061C1 (en) * 2019-08-13 2020-10-12 Владимир Владимирович Малеронок Method of measuring total electrical resistance of a reinforced layer of articles made from metals using high frequency signals

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2011185697A (en) Thermoelectric material evaluation device and thermoelectric characteristic evaluation method
CN106768493B (en) A kind of film thermal resistance heat flow transducer of series-fed
RU166138U1 (en) DEVICE FOR CONTROL OF SURFACE RESISTANCE OF METAL FILMS
Yilmaz The geometric resistivity correction factor for several geometrical samples
CN104034752A (en) Device and method for measuring longitudinal thermal conductivity of film
JP7071723B2 (en) Circuit for measuring complex permittivity, device for measuring complex permittivity, and method for measuring complex permittivity
JP7442609B2 (en) How to normalize heat detector measurements
CN102243274B (en) Method for measuring and calculating interface resistivity of Pb-Sn-Al laminated composite material
WO2015025586A1 (en) Thermophysical property measurement method and thermophysical property measurement device
CN106370932B (en) Method and system for detecting resistivity of thin-layer silicon wafer based on pseudo-measurement value method
JP2010217134A (en) Method and device for measuring main axis electric resistivity of two-dimensional and three-dimensional anisotropic substances by multipoint voltage-current probe method
Moroń Investigations of van der Pauw method applied for measuring electrical conductivity of electrolyte solutions: Measurement of electrolytic conductivity
CN104425303B (en) The method for measuring conductive layer thickness
CN110196115A (en) A method of temperature is measured using magnetic tunnel-junction magneto-resistor
CN110220608A (en) A method of utilizing magnetic tunnel-junction reference layer coercive field measurement temperature
CN109613054A (en) A kind of direct-electrifying longitudinal direction Determination of conductive coefficients method
CN109945993B (en) Self-calibration thin film thermocouple array with negative electrode sharing characteristic
Kleiza et al. The extension of the van der Pauw method to anisotropic media
Anatychuk et al. Methods for assuring high quality electric and thermal contacts when measuring parameters of thermoelectric materials
TW202232116A (en) Micro-four-point metrology of joule-heating-induced modulation of test sample properties
KR101020534B1 (en) Portable Four-Point Probe for Sheet Resistance Measurement with the Dual Configuration Method
Nikolov et al. Virtual System for Sheet Resistance Measurement of Inkjet Printed Conductive Layers
He et al. Influence of finite size probes on the measurement of electrical resistivity using the four-probe technique
CN114137020B (en) Device and method for online measurement of heat conductivity of multilayer thin film material
CN202383205U (en) Adjustable-temperature four-probe square resistance testing system

Legal Events

Date Code Title Description
MM9K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20180322