Физико-химические основы РЭС. Иванов В.П - 21 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

Освоение методики измерения толщины тонких пленок методом интерференции.
Приборы и принадлежности: микроинтерферометр МИИ-4, омметр Щ 3009, образцы тонкопленочных резисторов.
Методические указания
Тонкие металлические пленки широко применяются в радио и в радиотехнике в качестве проводников, контактных
площадок, резистивных, магнитных и других элементов микроэлектронных приборов. Их свойства могут заметно отличаться
от физико-химических параметров сплавов, из которых они сделаны.
Электропроводность металлов определяется сопротивлением, которое оказывается направленному движению
электронов. Электроны могут рассеиваться на тепловых колебаниях кристаллической решетки, поэтому температурный
коэффициент сопротивления α
ρ
(ТКС) у металлов положительный. Дефекты кристаллического строения (в том числе и
поверхность кристалла) также увеличивают электросопротивление проводников.
Структура и свойства тонкой металлической пленки зависит от
технологии ее нанесения на диэлектрическую подложку и от ее
толщины (рис. 11.1).
На первых стадиях (образование зародышей, первичная и
вторичная коалесценция) формируется островковая структура из
кристаллов-проводников, разделенных свободными участками
диэлектрической подложки. Удельное сопротивление такого
материала определяется поверхностной электропроводностью
диэлектрика и возможностью термоэмиссии и туннелирования
электронов между участками металла. Поэтому при толщинах
меньше 10
–3
мкм пленка ведет себя как диэлектрик – высокое
сопротивление ρ и отрицательный ТКС α
ρ
(участок 1).
Дальнейшее увеличение островков приводит к образованию мостиков – перешейков и полному зарастанию подложки
поли – и монокристаллической металлической пленки. Такой материал ведет себя уже как проводник (участок 2) (α
ρ
> 0), но
его удельное электросопротивление ρ заметно больше, чем у массивного металла (пунктир). Причиной этого является
высокая концентрация дефектов роста в пленке и влияние ее поверхностей.
Подвижность электронов, а значит и электропроводность металла определяется величиной длины свободного пробега l
e
путем, который электрон проходит между двумя рассеяниями.
Размерный эффект – это сокращение длины свободного пробега электронов вследствие отражения их от поверхности
образца.
В случае, если толщина пленки δ < l
e
, поверхностное рассеяние электронов велико и ее удельное электросопротивление
значительно больше, чем у массивного металла – такие пленки называют тонкими (физически).
Увеличение толщины δ » l
e
приближает материал к свойствам массивного – толстые пленки (участок 3).
Порядок выполнения работы
1 Включить омметр в сеть и дать прогреться 5 – 10 минут.
2 Измерить сопротивление R тонкопленочных образцов (рис. 11.2), подсоединив щупы омметра к их контактам 3.
3 Измерить длину l и ширину b тонкопленочных резисторов 2 с помощью линейки.
4 Измерить толщину пленки в каждом образце с помощью микроинтерферометра МИИ-4.
Этот прибор широко применяется в приборостроении для изучения и контроля тонкопленочных деталей
микроэлектроники. Принцип действия прибора основан на явлении интерференции света. На практике для получения двух
систем волн, способных интерферировать, пользуются разделением пучка лучей, исходящих из одной точки источника
света, на два пучка.
В МИИ-4 в качестве разделяющей системы используется наклонная плоскопараллельная пластинка, имеющая
полупрозрачное светоделительное покрытие. Половину падающего на нее света пластинка отражает, половину пропускает,
вследствие чего образуются две системы волн, способных интерферировать.
В результате интерференции двух систем волн в фокальной плоскости окуляра наблюдается интерференционные
полосы. Разность хода интерферирующих лучей от центра поля к краям увеличивается и проходит все значения 0;
2
λ
;
λ
;
λ
2
3
; λ2 и т. д., где λ – длина волны света. В точках поля, где разность хода равна
λ
; 2
λ
; 3 λ и т.д., в результате
интерференции пучков получаются светлые полосы, а в точках, где разность хода равна
2
λ
; λ ; λ
2
3
; λ
2
5
и т.д. – темные
полосы.
Рис. 11.1 Зависимость удельного сопротивления
(а) и ТКС (б) тонкой металлической пленки от ее
толщины
lgρ
α
ρ
δ
δ
а
б
1 2 3
1
2
3

Страницы