金属薄膜电阻率
四电极法测电阻率——Summary
51 四探针法测电阻率1. 理解四探针测量半导体或金属薄膜电阻率的原理 2. 了解四探针测量材料电阻率的注意事项实验原理四探针法测量电阻率常用的四探针法是将四根金属探针的针尖排在同一直线上的直线型四探针法如图1-1a 所示。
当四根探针同时在一块相对于探针间距可视为半无穷大的平面上时如果探针接触处的材料是均匀的并可忽略电流在探针处的少子注入则当电流I 由探针流入样品时可视为点电流源在半无穷大的均匀样品中所产生的电场线具有球面对称性即等势面为一系列以点电流源为中心的半球面。
样品中距离点电源r 处的电流密度j电场ε和电位V 分别直流四探针法也称为四电极法主要用于低电阻率材料的测量。
使用的仪器以及与样品的接线如图3-1所示。
由图可见测试时四根金属探针与样品表面接触外侧两根1、4为通电流探针内侧两根2、3为测电压探针。
由电流源输入小电流使样品内部产生压降同时用高阻抗的静电计、电子毫伏计或数字电压表测出其他二根探针的电压即V23伏。
a 仪器接线b点电流源c四探针排列图1-1 四探针法测试原理示意图一块电阻率为的均匀材料样品其几何尺寸相对于探针间距来说可以看作半无限大。
当探针引入的点电流源的电流为I由于均匀导体内恒定电场的等位面为球面则在半径为r处等位面的面积为2r2则电流密度为jI/2r2 1-1 52 根据电导率与电流密度的关系可得E2222rIrIj 1-2 其中E为电场强度σ和ρ分别是样品的电导率和电阻率。
若电流由探针流出样品则距点电荷r处的电势为rIV2 1-3 因此当电流由探针1流入样品自探针4流出样品时根据电位叠加原理在探针2处的电位为在探针 3 处的电位为式中的S1是探针1和2之间的距离S2是探针2和3之间的距离S3是探针3和4之间的距离。
各点的电势应为四个探针在该点形成电势的矢量和。
所以探针2、3 之间的电位为通过数学推导可得四探针法测量电阻率的公式为IVCrrrrIV231341324122311112 3-4 式中13413241211112rrrrC为探针系数单位为cmr12、r24、r13、r34分别为相应探针间的距离见图3-1c。
薄膜的基本性质
电介质膜
• 电介质多数是化合物，由它们制备的薄膜是作为
绝缘体使用的，但其中包含的缺陷比金属膜要多 得多，且组成成分得差异也很大，因此，在多数 场合下，绝缘性和介电特性都比整块材料要差。 为了除去这些缺陷，在薄膜制成之后，需要进行 热处理。 从制法上来说，溅射方法容易得到电介质膜。将 电介质直接进行溅射时，可得到100～200nm/s的 电介质直接进行溅射时，可得到100～200nm/s的 沉积速率。也可以利用其它的反应性溅射来制造 电介质膜。
电子必须以某种方法通过微晶体之间的空间，因此，在膜 电子必须以某种方法通过微晶体之间的空间，因此， 层较薄时，电阻率是非常大的。当膜厚增加达到数百埃， 层较薄时，电阻率是非常大的。当膜厚增加达到数百埃， 电阻率就会急剧地减小；但是， 电阻率就会急剧地减小；但是，因晶粒界面的接触电阻起 很大的作用，所以和整块材料时相比， 很大的作用，所以和整块材料时相比，电阻率还是要大的 晶粒界面上会吸附气体，发生氧化， 多。晶粒界面上会吸附气体，发生氧化，当这些地方为半 导体时，甚至会出现随温度的升高电阻减小的情况。 导体时，甚至会出现随温度的升高电阻减小的情况。 单晶膜是在高温下生成的，没有晶粒界面的问题， 单晶膜是在高温下生成的，没有晶粒界面的问题，所以一 般说来电阻率小些。如果蒸镀和溅射比较， 般说来电阻率小些。如果蒸镀和溅射比较，溅射的膜由于 核的密度较高，电阻率也较小些。 核的密度较高，电阻率也较小些。
• （3）空位的消除 • 在薄膜中经常含有许多晶格缺陷，其中空位和孔隙等缺陷经 在薄膜中经常含有许多晶格缺陷，
过热退火处理，原子在表面扩散时消灭这些缺陷可使体积发 过热退火处理， 生收缩，从而形成拉应力性质的内应力。 生收缩，从而形成拉应力性质的内应力。
• （4）界面失配 • 当薄膜材料的晶格结构与基体材料的晶格结构不同时，薄膜 当薄膜材料的晶格结构与基体材料的晶格结构不同时，
实验报告薄膜材料磁电阻效应实验
薄膜材料磁电阻效应实验一、 实验目的1. 了解磁性薄膜材料科学及磁电子学的一些基本概念和基础知识；2. 了解MR 、AMR 、GMR 等相关基本概念；3. 了解和学会利用四探针法测量磁性薄膜磁电阻的鱼原理和方法；4. 分析利用四探针法测量磁电阻可能的实验误差来源。
二、实验原理1. 磁性薄膜的磁电阻效应（MRE ）磁电阻效应MRE 是指物质在磁场的作用下电阻会发生变化的物理现象。
表征磁电阻效应大小的物理量为MR ，其定义为：00100%MR ρρρρρ-∆==⨯ （1） 其中0ρ、ρ分别代表不加磁场和加了磁场以后的电阻率大小。
磁电阻效应按照产生的磁电阻大小以及机理不同可以分为：正常磁电阻效应（OMR ）、各向异性磁电阻效应（AMR ）、巨磁电阻效应（GMR ）和超巨磁电阻效应（CMR ）等。
（1）正常磁电阻效应（OMR ）正常磁电阻效应(OMR)为普遍存在于所有金属中的磁场电阻效应，它由英国物理学家W.Thomson 于1856年发现。
其特点是：a .磁电阻MR >0b .各向异性，但//ρρ⊥> (⊥ρ和//ρ分别表示外加磁场与电流方向垂直及平行时的电阻率) c .当磁场不高时，MR 正比于H 2OMR 来源于磁场对电子的洛伦兹力，该力导致载流体运动发生偏转或产生螺旋运动，因而使电阻升高。
大部分材料的OMR 都比较小。
以铜为例，当H=10-3T 时，铜的OMR 仅为4⨯10-8%。
（2）各向异性磁电阻效应（AMR ）在居里点以下，铁磁金属的电阻率随电流I 与磁化强度M 的相对取向而异，称之为各向异性磁电阻效应。
即⊥ρ≠//ρ。
各向异性磁电阻值通常定义为：0///)(/ρρρρρ⊥-=∆=AMR （2） 低温5K 时，铁、钴的各向异性磁电阻值约为1%，而坡莫合金(Ni 81Fe 19)为15%，室温下坡莫合金的各向异性磁电阻值仍有2~3%。
图1所示为厚度为200 nm 的NiFe 单层薄膜的磁电阻（MR ）变化曲线。
探究金属薄膜厚度对其电阻率的影响
探究金属薄膜厚度对其电阻率的影响探究金属薄膜厚度对其电阻率的影响———讨论薄膜电阻率的尺寸效应作者：相关链接：实验目的⏹进一步掌握四探针测量电阻率以及干涉显微镜测量膜厚的原理和方法⏹要求得出金属薄膜厚度对其电阻率影响的定性结论⏹分析实验结果和各种实验误差实验原理⏹ S为探针间距，当样品厚度这就是常用的薄片电阻率的测量公式。
⏹薄膜样品台阶处的干涉条纹，由于薄膜样品的两个表面有光程差，干涉条纹发生了弯曲，干涉条纹间距为为绿光波长，可取为 530 nm⏹电阻率与厚度的关系薄膜在0—10 nm时，电阻率较大厚度在10—20 nm之间，电阻率随平均厚度增加而急剧减小当厚度大于20 nm以后，电阻率随膜厚缓慢下降当厚度大于300 nm左右时，电阻率不再随厚度变化而趋于一稳定值⏹电阻率与厚度的典型关系曲线（银）：在金属薄膜的初期生长阶段，膜为岛状结构，其导电机制为热电子发射和隧道运动，故电阻率较大，表现出非金属性质当薄膜为网状结构时，电子穿过优先导电通路而形成渗流导电，薄膜电阻率随平均厚度的增加而急剧减小，呈现非金属—金属的转变当形成连续薄膜时，薄膜呈现金属性质⏹金属膜电阻率与膜厚倒数关系图（银），纵轴的截距为相应块体材料的电阻率传导电子更多的受到薄膜表面、晶界和缺陷的非弹性散射，在膜厚与电子的平均自由程分显著，导致实验内容⏹首先测量各片铝膜的厚度，仍然采用多组数据取平均的方法⏹然后分别测量各片样品的电阻率，选取薄片的不同位置进行读数，再对整体取平均值⏹作出电阻率—厚度关系图，分析实验数据以及实验中的主要误差并得出结论数据处理⏹金属膜的电阻率随膜厚的变化关系：● 可见，电阻率与薄膜厚度基本上满足了反比关系。
在0—20 nm区间，电阻率随平均厚度的增大而急剧减小；而在40—100nm之间，电阻率随平均厚度的增大而缓慢下降；在100 nm以后，电阻率就基本上不会发生变化了，这与先前的分析是一致的，我们已经得到了定性的结论。
膜片电阻率
膜片电阻率膜片电阻率是一种常见的电子器件，它可以在不同的电路中发挥不同的作用。
它的主要功能是改变电路的稳定性和抑制频率的变化。
在电子电路中，膜片电阻率被用来控制电流、保护电子元件、抑制噪声等。
膜片电阻率是由多层薄膜制成的。
根据仪器制造厂家的说法，每层薄膜的厚度只有几个纳米，每个膜片电阻率的尺寸大约在1mmX1mm范围内，越薄的膜片电阻率的电阻率越高。
膜片电阻率的结构主要有两种：滑块式和螺纹式。
滑块式膜片电阻率由一个圆盘和一个小块金属滑块以及一个标准电阻阻值组成，滑块与圆盘之间存在一定的电容，金属滑块在圆盘上移动可以改变电容大小从而改变电阻值；螺纹式膜片电阻率由一个圆盘和一个小螺纹以及一个标准电阻值组成，螺纹上方安装一个螺帽，可以通过调节螺帽的位置改变螺纹的长度，从而改变电阻值。
膜片电阻率的电阻率大小主要受膜片的材料、厚度以及表面的均匀度影响，因而使得其有一定的准确性。
常见的材料有Si、SiO2、Ta2O5等，它们具有不同的电介质性能，用于不同的电子电路。
膜片电阻率的厚度也有很大的影响，越薄的电阻率越高，精度也越高。
厚度越薄时，电路中的电容就越容易被改变，从而对电路的稳定性产生影响。
另外，膜片电阻率表面的均匀度也很重要，越均匀的电阻率表面结构，电阻率的稳定性就越好，当然，表面的污染也会影响电阻率的精度。
膜片电阻率也有一些优点。
首先，膜片电阻率的尺寸小，容易在电子电路中安装和附着，可以在节省空间的同时减少电路的重量；其次，膜片电阻率的精度高，并且它可以抑制电路中的噪声，从而提高电路的性能；最后，膜片电阻率的价格实惠，因此它在电子电路中被广泛使用。
尽管如此，在使用膜片电阻率时也需要注意一些事项。
首先，在安装膜片电阻率时，应该严格按照规定的技术要求来进行安装，以避免安装不牢固或安装错误而导致的膜片电阻率失效；其次，在使用膜片电阻率时，应尽量使用低温，因为高温会破坏膜片电阻率的结构；最后，由于膜片电阻率外壳很小，在安装和使用过程中，应尽量避免外界污染，以保证其质量。
实验十八 四探针法测量薄膜电阻率
实验十八 四探针法测量薄膜电阻率一、实验目的1．熟悉四探针法测量薄膜电阻率的原理和特点； 2．测定一些薄膜材料的电阻率；3．了解薄膜厚度对薄膜电阻率的影响（尺寸效应）；薄膜材料是微电子技术的基础材料。
薄膜是人工制作的厚度在1微米（10-6米）以下的固体膜，“厚度1微米以下”并不是一个严格的区分定义。
薄膜一般来说都是被制备在一个衬底（如：玻璃、半导体硅等）上，由于薄膜的厚度（简称：膜厚）是非常薄的，因此膜厚在很大程度上影响着薄膜材料的物理特性（如，电学性质、光学性质、磁学性质、力学性质、铁电性质等）。
这种薄膜材料的物理特性受膜厚影响的现象被称为尺寸效应。
尺寸效应决定了薄膜材料的某些物理、化学特性不同于通常的块体材料，也就是说，同块体材料相比，薄膜材料将具有一些新的功能和特性。
因此，尺寸效应是薄膜材料（低维材料）科学中的基本而又重要的效应之一。
金属薄膜的电阻率是金属薄膜材料的一个重要的物理特性，是科研开发和实际生产中经常测量的物理特性之一，在实际工作中，通常用四探针法测量金属薄膜的电阻率。
四探针法测量金属薄膜的电阻率是四端子法测量低电阻材料电阻率的一个实际的应用。
二、实验原理在具有一定电阻率ρ的导体表面上，四根金属探针在任意点1、2、3、4处与导体良好地接触，如图1所示。
其触点是最够的小，可以近似认为点接触。
取其中的任意两个探针作为电极，如1和4。
当它们之间有电流通过时，薄膜表面和内部有不均匀的电流场分布，因此在表面上各点有不同的电势。
通过测量探针1，2间的电流、探针2，3间的电势差和距离，就可计算该薄膜的电阻率ρ。
如图2所示，设电流I 从探针1处流入，在触点附近，半径为r 的球面上，电流密度为：2r2Ij π=（1）如果金属的表面和厚度远大于探针之间的距离，则电场强度为2r 2Ij j E πρ=ρ=σ=（2） 图 1 任意间距的四探针示意图设探针1和2、1和3、4和2、4和3之间的距离分别为r 12、r 13、r 24和r 34。
常见金属电阻率
常见金属的电阻率，都来看看哦很多人对镀金，镀银有误解，或者是不清楚镀金的作用，现在来澄清下。
1。
镀金并不是为了减小电阻，而是因为金的化学性质非常稳定，不容易氧化，接头上镀金是为了防止接触不良（不是因为金的导电能力比铜好）。
2。
众所周知，银的电阻率最小，在所有金属中，它的导电能力是最好的。
3。
不要以为镀金或镀银的板子就好，良好的电路设计和PCB的设计，比镀金或镀银对电路性能的影响更大。
4。
导电能力银好于铜，铜好于金！现在贴上常见金属的电阻率及其温度系数：物质温度t/℃电阻率电阻温度系数aR/℃-1银20 1.586 0.0038(20℃)铜20 1.678 0.00393(20℃)金20 2.40 0.00324(20℃)铝20 2.6548 0.00429(20℃)钙 0 3.91 0.00416(0℃)铍20 4.00.025(20℃)镁20 4.45 0.0165(20℃)钼 0 5.2铱20 5.3 0.003925(0℃~100℃)钨27 5.65锌20 5.196 0.00419(0℃~100℃)钴20 6.64 0.00604(0℃~100℃)镍20 6.84 0.0069(0℃~100℃)镉0 6.83 0.0042(0℃~100℃)铟208.37铁209.71 0.00651(20℃)铂20 10.6 0.00374(0℃~60℃)锡0 11.0 0.0047(0℃~100℃)铷20 12.5铬0 12.9 0.003(0℃~100℃)镓20 17.4铊0 18.0铯20 20.0铅20 20.684 0.00376(20℃~40℃)锑0 39.0钛20 42.0汞50 98.4锰23~100 185.0金是一种贵重金属，是人类最早发现和开发利用的金属之一。
它是制作首饰和钱币的重要原料，又是国家的重要储备物资，素以"金属之王"著称。
ITO薄膜基础知识
ITO薄膜基础知识一、ＩTO薄膜得概念ITO薄膜就是Ｉｎdｉｕm TiｎOxｉｄes得缩写。
作为纳米铟锡金属氧化物,具有很好得导电性与透明性,可以切断对人体有害得电子辐射,紫外线及远红外线。
因此,喷涂在玻璃,塑料及电子显示屏上后,在增强导电性与透明性得同时切断对人体有害得电子辐射及紫外、红外。
ITO就是一种N型氧化物半导体－氧化铟锡,ＩTO薄膜即铟锡氧化物半导体透明导电膜,通常有两个性能指标:电阻率与透光率。
二、ITO薄膜得应用ITO薄膜具有优良得光电性能,对可见光得透过率达95％以上,对红外光得反射率70％,对紫外线得吸收率≥８5％,对微波得衰减率≥８5％,导电性与加工性能极好,硬度高且耐磨耐蚀,因而在工业上应用广泛,在高技术领域中起着重要作用。
主要用途有:(一)用于平面显示ITＯ薄膜得透明导电性及其良好得电极加工性能,所以它作为液晶显示器用得透明电极获得高速发展,约占功能膜得50％以上,例如液晶显示(ＬCＤ)、LED、电致发光显示(ＥLD)、电致彩电显示(ECD)等、随着液晶显示器件得大面积化、高等级化与彩色化,LCD将超过CRT 成为显示器件中得主流产品。
因而ITO 薄膜主要用于高清晰度得大型彩电、计算器、计算机显示器、液晶与电子发光屏幕等。
(二)用于触摸屏目前市场上,使用ITO材料得电阻式触摸屏与电容式触摸屏应用最为广泛、1、电阻式触摸屏薄得ITＯ透明性好,但就是阻抗高;厚得ITO材料阻抗低,但就是透明性会变差、在PＥT聚脂薄膜上沉积时,反应温度要下降到150度以下,这会导致ITO氧化不完全,之后得应用中IT Ｏ会暴露在空气或空气隔层里,它单位面积阻抗因为自氧化而随时间变化。
这使得电阻式触摸屏需要经常校正。
电阻式触摸屏得多层结构会导致很大得光损失,对于手持设备通常需要加大背光源来弥补透光性不好得问题,但这样也会增加电池得消耗。
电阻式触摸屏得优点就是它得屏与控制系统都比较便宜,反应灵敏度也很好。