金属薄膜电阻率
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，
n型料分类标准及电阻率标准
n型料分类标准及电阻率标准一、N型料分类标准N型料主要分为以下几类：1.多晶硅N型料：多晶硅N型料通常采用多晶硅铸锭或定向凝固方法生产，具有较高的导电性能和机械强度，适用于制作高效光伏电池。
根据杂质含量的不同，多晶硅N型料可分为普通级和电子级。
2.单晶硅N型料：单晶硅N型料采用单晶生长炉生产，具有较低的杂质含量和均匀的晶体结构，适用于制作高效、高可靠性半导体器件。
根据电阻率的不同，单晶硅N型料可分为低阻、中阻和高阻。
3.薄膜N型料：薄膜N型料采用化学气相沉积、磁控溅射等方法生产，具有较低的制造成本和较高的柔性，适用于制作大面积、低成本光伏器件。
根据材料结构和组成的不同，薄膜N型料可分为金属基底薄膜、化合物薄膜和硅基底薄膜。
二、电阻率标准电阻率是衡量材料导电性能的重要指标，对于N型料而言，电阻率的高低直接影响到其导电性能的优劣。
因此，制定合理的电阻率标准对于N型料的分类和质量控制具有重要意义。
根据杂质含量和晶体结构的不同，N型料的电阻率标准可分为以下几类：1.低阻N型料：电阻率在10-4～10-2Ω·cm之间，适用于制作低成本、大电流功率器件。
2.中阻N型料：电阻率在10-2～10-1Ω·cm之间，适用于制作高效、高可靠性半导体器件。
3.高阻N型料：电阻率在10-1～102Ω·cm之间，适用于制作高耐压、低漏电流功率器件。
4.超高阻N型料：电阻率大于102Ω·cm，适用于制作高耐压、低噪声电子器件。
需要注意的是，不同生产工艺和材料组成的N型料电阻率可能存在较大差异，因此在实际应用中需结合具体情况进行分类和选用。
同时，电阻率测试方法的不同也可能导致测试结果存在误差，因此需采用可靠的测试方法和设备进行检测。
PVD溅射室中无意引入H2O对ITO薄膜和电池效率的影响
在这项研究中，我们研究了H2O分压对氧化铟锡（ITO）薄膜的化学特性和光电性能的影响，以及异质结（HJT）太阳能电池的性能和稳定性。
从磁控管溅射装置室中的残余气体中获得分压从2.72 × 10− 5 Pa到8.38 × 10− 5 Pa的H2O。
随着H2O分压的升高，ITO薄膜的电阻率从3.6 × 10− 4 Ω·cm增加到5.3 × 10− 4 Ω·cm，近红外区域的有效总透射率略有提高。
尽管短路电流（Isc）增加，但由于填充系数（FF）的恶化，在高H2O分压下沉积的ITO薄膜的HJT太阳能电池的效率较低。
因此，在低H2O分压下，HJT太阳能电池的最大效率为25.30%。
此外，还跟踪了在没有照明的氮环境中HJT太阳能电池的Perfor-Mance。
据观察，低H2O分压获得的高电池效率具有更大的降解，这主要来自FF降解。
1. Introduction异质结（HJT）太阳能电池因其卓越的效率、简单的低温制造工艺和低温效率[1-4]而引起了光伏行业的广泛兴趣。
HJT太阳能电池中amor-phous硅层的宽带隙和有效钝化提供了高开路电压（Voc），然而，Isc和FF的明显缺点限制了进一步的效率收益。
为了在保持高FF的同时增加Isc，有必要研究HJT太阳能电池中用作前后电极的透明导电氧化物（TCO）层。
TCO薄膜需要结合最佳的光电性能和与非晶硅层的良好接触，以允许更多的光线进入HJT太阳能电池，同时确保向金属电极的高效载体传输。
通过增加载流子浓度（N）和载流子流动性（μ），可以提高TCO薄膜的电导率。
N值> 5 × 1020 cm− 3通常导致近红外区域的高自由载波吸收（FCA），导致HJT太阳能电池的性能下降。
因此，改善μ是一种有吸引力的方法，可以规避透明度和电导率之间的权衡。
在氧化铟基质上掺杂Ti、Ce [8]和W [9]金属的TCO薄膜显示μ超过80 cm2V-1s-1。
金属和半导体形成低阻欧姆接触
2. 功耗旳降低：减小了电阻，降低了功耗。
3. 更高旳集成密度：更窄旳线宽，允许更高 密度旳电路集成，这意味着需要更少旳金 属层。
4. 良好旳抗电迁移性能：铜不需要考虑电迁 徒问题。
5. 更少旳工艺环节：用大马士革 措施处理铜 具有降低工艺环节 20％ to 30 %旳潜力。
侧墙氧化层 场氧化层
Silicon substrate
1. 有源硅区
钛硅反应区
2. 钛淀积
T成iSi2 形
3. 迅速热退火处理
4. 清除钛
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The term salicide refers to a technology used in the microelectronics industry used to form electrical contacts between the semiconductor device and the supporting interconnect structure. The salicide process involves the reaction of a thin metal film with silicon in the active regions of the device, ultimately forming a metal silicide contact through a series of annealing and/or etch processes.
Metal-4 is preceded by other vias, interlayer dielectric, and metal layers.
薄膜的电学性能[优质课堂]
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第五章 薄膜的电学性能
(1. 薛增泉:薄膜物理， p279-302;
2. 金原粲:薄膜，
p150-191;
3. 王力衡:薄膜技术,
p70-110 )
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前言
❖ 金属膜是在电子学领域中应用最为广泛的一 种薄膜。例如，半导体的电路、各种集成电 路中的导线和电极、电阻器、电容器、超导 器件和光通信用元器件等。本章主要介绍金 属薄膜的电性能及其特性，并以自由电子理 论为基础对各种电学性能进行解释。
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§4.2 连续薄膜
连续薄膜的一般特征
❖ 连续薄膜比不连续的膜厚，用电子显微镜观察可以 明确判断出它是连续成长了的膜。实际上涉及的是 岛与岛之间物质的性质或者说是空间的性质，而以 下要讨论的则是薄膜本身物质和形状的影响。
❖ 讨论的薄膜虽然是连续的，但各种性能依然受膜厚 的影响，这是它的最大特征。在多数情况下，温度 越低受厚度影响的效果也就越显著。
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16
自由电子论和波耳兹曼的传输方程
❖ Sondheimer理论基本上是以自由电子论为前提的。
即无限大物体的电导率或电阻率如果用 或 表示
时，那么可以使用下述公式：
1
ne2
m
ne2l mvF
（4.10）
碰由式撞程中弛，，vn豫F是是时电电间子子，在m浓费是度米电，e表子是面的电的质子运量的动，电l速是荷度电，。子是的电平子均的自
9
图4-9是测量Cu膜 的霍尔系数与膜厚之间 关系的一个例子。关于 霍尔系数随着膜厚减少 而增加的报告已有很多， 但是在超高真空中蒸发 的薄膜其膜厚的影响就 显著地减少。另外，还 有不少报告指出，霍尔 系数在某一厚度以下时， 将现出现一个很小的极 大值然后才急剧减少。 这一现象的原因目前还 不是分清楚。
PZT铁电薄膜材料的制备技术
PZT铁电薄膜材料的制各技术1.铁电薄膜材料背景综述薄膜和层状结构工艺的进步对于集成电路和光电子器件的发展是至关重要的臼。
铁电薄膜是指具有铁电性、且厚度在数十纳米至数微米问的薄膜。
铁电材料的研究一般被认为是始于1920年，法国人发现了罗息盐，即酒石酸钾钠(NaKC4H4O6-4H2O),在外电场E作用下，其极化强度P有如图1所示滞后回线关系，表现出特殊的非线性介电行为。
由于图1的P・E 关系曲线有和铁磁体的关系曲线相类似的特点，因而P-E关系被称为电滞回线(Hysteiesisloop)拥有这种特性的晶体被称为“铁电体”，相应的材料被称为“铁电材料”口】。
随后发现了相似结构的KH2P。
4系列；1940〜1958年，发现了第一个不含氢键，具有多个铁电相的铁电体BaPCh; 1959年到上世纪70年代，包括钙钛矿结构的PbPO3系列、铝青铜结构的锯酸盐系列等在内的大量铁电体被发现，也是铁电的软模理论出现并基本完善的时期；上世纪80年代至今，铁电体的研究主要集中于铁电液晶、聚合物复合铁电材料、薄膜材料和异质结构等非均匀系统。
以钻钛酸铅Pb(Zr】_xPx)O3(简称PZT)为代表的一大类铁电压电功能薄膜材料因其具有良好的压电、铁电、热释电、电光及非线性光学等特性，在微电子和光电子技术领域有着广阔的应用前景，受到人们的广泛关注和重视几乎所有的铁电体材料均可通过不同的制备技术制成相应的薄膜材料，但迄今为止研究较为集中的铁电薄膜材料主要有两大类，一类是钛酸盐系铁电薄膜; 另一类是锯酸盐系铁电薄膜。
最典型的铁电体是具有钙铁矿结构的铁电体-ABO3(Perovskite)结构，如图2 所示。
佟I 2钙钛矿铁电材料晶胞小意图PZT是典型的ABO3钙钛矿结构，在每个钙钛矿元胞中，铅离子(Pb?与占据8个顶点的位置，氧离子(O')占据6个面心，结或钛粒子亿产m4+)位于八面体的空位。
在现有的铁电薄膜材料中，使用较多的是PZT薄膜系列。
ITO薄膜特性及发展方向
ITO薄膜特性及发展方向ITO薄膜即氧化铟锡薄膜，是一种广泛应用于液晶显示器、触摸屏、太阳能电池等光电子器件中的透明导电薄膜。
ITO薄膜具有优良的透明性、电导性和机械稳定性等特性，但同时也存在一些问题，如高生产成本、对环境的污染以及由于材料脆性而容易发生开裂等。
首先，ITO薄膜具有优良的透明性。
ITO薄膜在可见光和红外光范围内具有高透明度，因此广泛应用于液晶显示器、触摸屏等需要透明性的电子设备中。
其次，ITO薄膜具有良好的电导性。
ITO薄膜具有较低的电阻率，能够提供稳定的电导路径，因此可应用于需要高导电性的电子器件中。
另外，ITO薄膜具有机械稳定性好的特点。
ITO薄膜具有较高的硬度和抗划伤性能，能够在使用过程中保持稳定性，不易发生破裂或损坏。
然而，ITO薄膜也存在一些问题。
首先是高生产成本。
铟是一种稀有金属，其价格较高，导致ITO薄膜的生产成本较高。
这一问题限制了ITO薄膜在大规模应用中的推广。
其次，ITO薄膜对环境的污染问题。
铟是一种有毒金属，对环境和人体健康造成潜在的风险。
大量的ITO薄膜生产和使用会增加环境中有毒金属铟的含量，因此需要寻找替代材料或改进制备工艺，以减少对环境的污染。
此外，由于ITO薄膜的脆性，容易发生开裂和破损。
在一些应用场景下，如柔性触摸屏等，需要薄膜具有良好的柔韧性和弯曲性能，以适应复杂的曲线和形状。
为了解决上述问题，ITO薄膜的发展方向可以从以下几个方面展开：首先，寻找替代材料。
研究人员可以寻找具有类似或更好性能的替代材料，以降低生产成本和环境污染。
例如，有研究使用二氧化碳来制备透明导电薄膜，有效降低了成本和环境污染。
其次，改进制备工艺。
研究人员可以探索新的ITO薄膜制备工艺，以提高制备效率和降低成本。
例如，采用溶胶凝胶法、物理气相沉积等新的制备方法，可以实现ITO薄膜的高效、低成本制备。
另外，改善薄膜结构和性能。
研究人员可以通过改变薄膜的组分、厚度、晶体结构等来改善薄膜的性能。
ZnO薄膜
ZnO薄膜的结构性质及其制备邵丽琴摘要:氧化锌(ZnO)是一种直接带隙宽禁带(3.37eV)II-VI族化合物半导体材料，具有较大的激子束缚能(60meV)，具有优良的压电、光电、气敏、压敏等性质的材料，在透明导体、发光元件、太阳能电池窗口材料、光波导器、单色场发射显示器材料、表面声波元件以及低压压敏电阻器等方面具有广泛的用途。
ZnO薄膜的制备方法多样，各具优缺点。
本文综述了ZnO 薄膜的制备及性质特征，并对其发展趋势及前景进行了探讨。
关键词：ZnO薄膜；制备；性质；发展前景一、引言近年来，新一代的宽带隙半导体材料ZnO吸引了人们的目光。
ZnO是II—VI族直接带隙半导体，室温禁带宽度为3.37 eV[1]。
特别是由于ZnO具有较高的激子结合能(约60 meV[2])，它比室温热离化能(26meV)大得多，理论上和实验都证实了ZnO在室温甚至更高温度下实现紫外发光和受激辐射[3,4]，因此ZnO被认为是制备短波长发光和激光二极管、探测器等光电子器件的理想候选半导体材料。
ZnO作为一种新型的光电材料，在光波导、半导体紫外激光器、发光器件，压电传感器及透明电极等方面应用广泛。
本文综述了ZnO薄膜各种不同的制备方法及发光的研究现状并指明了今后的研究方向。
二、ZnO的结构和性质1.1 结构ZnO有三种晶体结构，分别是立方NaCl，闪锌矿和六角纤锌矿构，如图1所示，在常温常压下，ZnO的热稳定相为六方纤锌矿结构[5]，具有六方对称性。
纤锌矿ZnO的晶格常数是a=3.2498 Å，C=5.2066 Å。
在C轴方向上，Zn原子与02原子的间距为0.196nm，在其他三个方向上为0.198nm。
ZnO的结构可简单地描述为由Zn原子面和O原子面沿C轴交替排列而成，其中Zn和O原子为相互四面体配位，从而Zn和0在位置上是等价的。
这种排列导致ZnO具有一个Zn极化面和一个O极化面，这种C面的极化分布使得两个面具有不同的性质，导致该结构缺乏对称中心。
面电阻率单位
面电阻率单位面电阻率单位面电阻率是指导体表面上单位面积内电阻的大小，通常用欧姆/平方米（Ω/m²）作为单位。
在工程和科学实验中，面电阻率是一个非常重要的物理量，在各种领域都有广泛的应用。
一、什么是面电阻率？1.1 定义面电阻率是指导体表面上单位面积内电阻的大小。
它是一个表示材料导电性能的物理量。
1.2 物理意义当一个导体上施加一定的电压时，通过其表面的电流密度与导体表面上的电场强度成正比。
而根据欧姆定律，通过导体表面上单位长度的电流与该长度上施加的总电压成正比。
因此，当我们考虑一个导体表面上单位长度内所承受的总电压时，就可以得到该点处单位长度内所承受的总电流密度。
这个值就是该点处的“线”密度（即线性电阻率）。
同样地，我们可以考虑导体表面上每个小区域内所承受的总电压，并得到该点处每个小区域内所承受的总电流密度。
这个值就是该点处“区”密度（即面电阻率）。
二、面电阻率的计算方法2.1 电学方法通过施加一定的电压和测量导体表面上的电流密度，可以计算出导体表面上单位面积内的电阻。
这种方法适用于各种材料，但需要较为复杂的实验设备和技术。
2.2 物理方法利用材料的导电性质和几何形状，可以通过理论计算得到其面电阻率。
这种方法适用于有规律几何形状的材料，如金属薄膜等。
三、面电阻率的应用3.1 金属薄膜制备在微电子器件制造过程中，金属薄膜是一个重要的工艺步骤。
通过控制金属薄膜的厚度和面电阻率等参数，可以实现对器件性能和稳定性的调控。
3.2 传感器设计传感器是一种将物理量转化为可读取信号输出的装置。
在传感器设计中，需要考虑到其灵敏度、精度、响应时间等因素。
而这些因素与传感器所使用材料的面电阻率密切相关。
3.3 电路板设计在电路板设计中，需要考虑到导线的电阻和电容等参数。
而这些参数与导线所使用材料的面电阻率密切相关。
四、面电阻率单位的转换4.1 Ω/平方米（Ω/m²）与Ω/平方（Ω/cm²）之间的转换1 Ω/m² = 10⁴ Ω/cm²1 Ω/cm² = 10⁻⁴ Ω/m²4.2 Ω/平方（Ω/cm²）与Ω/圆（Ω/circle）之间的转换1 Ω/circle = π × (0.01 m)² × 1 Ω/m² = 3.1415 × 10⁻⁴ Ω/m²1 Ω/m² = 1/(π × (0.01 m)²) Ω/circle = 3183.1 Ω/circle总结：面电阻率是指导体表面上单位面积内电阻的大小，通常用欧姆/平方米（Ω/m²）作为单位。
ZnO薄膜
ZnO薄膜的结构性质及其制备邵丽琴摘要:氧化锌(ZnO)是一种直接带隙宽禁带(3.37eV)II-VI族化合物半导体材料，具有较大的激子束缚能(60meV)，具有优良的压电、光电、气敏、压敏等性质的材料，在透明导体、发光元件、太阳能电池窗口材料、光波导器、单色场发射显示器材料、表面声波元件以及低压压敏电阻器等方面具有广泛的用途。
ZnO薄膜的制备方法多样，各具优缺点。
本文综述了ZnO 薄膜的制备及性质特征，并对其发展趋势及前景进行了探讨。
关键词：ZnO薄膜；制备；性质；发展前景一、引言近年来，新一代的宽带隙半导体材料ZnO吸引了人们的目光。
ZnO是II—VI族直接带隙半导体，室温禁带宽度为3.37 eV[1]。
特别是由于ZnO具有较高的激子结合能(约60 meV[2])，它比室温热离化能(26meV)大得多，理论上和实验都证实了ZnO在室温甚至更高温度下实现紫外发光和受激辐射[3,4]，因此ZnO被认为是制备短波长发光和激光二极管、探测器等光电子器件的理想候选半导体材料。
ZnO作为一种新型的光电材料，在光波导、半导体紫外激光器、发光器件，压电传感器及透明电极等方面应用广泛。
本文综述了ZnO薄膜各种不同的制备方法及发光的研究现状并指明了今后的研究方向。
二、ZnO的结构和性质1.1 结构ZnO有三种晶体结构，分别是立方NaCl，闪锌矿和六角纤锌矿构，如图1所示，在常温常压下，ZnO的热稳定相为六方纤锌矿结构[5]，具有六方对称性。
纤锌矿ZnO的晶格常数是a=3.2498 Å，C=5.2066 Å。
在C轴方向上，Zn原子与02原子的间距为0.196nm，在其他三个方向上为0.198nm。
ZnO的结构可简单地描述为由Zn原子面和O原子面沿C轴交替排列而成，其中Zn和O原子为相互四面体配位，从而Zn和0在位置上是等价的。
这种排列导致ZnO具有一个Zn极化面和一个O极化面，这种C面的极化分布使得两个面具有不同的性质，导致该结构缺乏对称中心。
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四．实验测量及数据处理：
数据记录表格
金属薄膜电阻率测量数据记录表(溅射时间4min)
膜厚d=532.8*10^-10m
电流I/mA 正向电压V+/mA 负向电压V-/mV 平均电压V/mV
0.3514 0.427 -0.425 0.426
0.4467 0.542 -0.54 0.541
0.5625 0.682 -0.681 0.6815
0.6885 0.835 -0.833 0.834
0.7995 0.992 -0.989 0.9905
0.9569 1.187 -1.184 1.1855
1.459 1.806 -1.808 1.807
2.951 3.652 -3.654 3.653
3.643 4.51 -4.511 4.5105
金属薄膜电阻率测量数据记录表(溅射时间8min)
膜厚d=1065.6*10^-10m
电流I/mA 正向电压V+/mA 负向电压V-/mV 平均电压V/mV
0.7294 0.184 -0.186 0.185
1.6518 0.418 -0.42 0.419
2.965 0.752 -0.752 0.752
4.64 1.177 -1.177 1.177
7.938 2.014 -2.015 2.0145
10.128 2.57 -2.57 2.57
11.401 2.893 -2.893 2.893
13.888 3.524 -3.525 3.5245
16.703 4.238 -4.239 4.2385
金属薄膜电阻率测量数据记录表(溅射时间12min)
膜厚d=1598.4*10^-10m
电流I/mA 正向电压V+/mA 负向电压V-/mV 平均电压V/mV
1.867 0.207 -0.207 0.207
6.2 0.684 -0.684 0.684
12.07 1.328 -1.329 1.3285
17.3 1.906 -1.905 1.9055
20.63 2.27 -2.272 2.271
24.51 2.698 -2.698 2.698
27.37 3.013 -3.015 3.014
32.84 3.615 -3.615 3.615
38.94 4.284 -4.288 4.286
金属薄膜电阻率测量数据记录表(溅射时间20min)
膜厚d=2664*10^-10m
电流I/mA 正向电压V+/mA 负向电压V-/mV 平均电压V/mV
4.561 0.253 -0.25 0.2515
8.936 0.494 -0.491 0.4925
16.42 0.906 -0.904 0.905
21.28 1.174 -1.176 1.175
35.59 1.962 -1.956 1.959
46.73 2.576 -2.581 2.5785
52.64 2.906 -2.904 2.905
56.4 3.11 -3.112 3.111
66.32 3.657 -3.658 3.6575
金属薄膜电阻率测量数据记录表(溅射时间25min)
膜厚d=3330*10^-10m
电流I/mA 正向电压V+/mA 负向电压V-/mV 平均电压V/mV
0.7984 0.03 -0.03 0.03
1.263 0.048 -0.047 0.0475
3.43 0.13 -0.129 0.1295
6.279 0.238 -0.237 0.2375
5.472 0.226 -0.224 0.225
10.243 0.423 -0.421 0.422
13.139 0.497 -0.496 0.4965
27.08 1.12 -1.116 1.118
50.83 2.097 -2.095 2.096
Excel处理的电压随电流变化的关系图：
由ρF，根据已经处理得到的V/I,代入求得ρF：
d/m V/I ρF/Ω*m
5.328E-08 1.237 2.98716E-07
1.0656E-07 0.2538 1.22577E-07
1.5984E-07 0.1101 7.97622E-08
2.664E-07 0.0552 6.66496E-08
0.000000333 0.041 6.18803E-08
ρF-d的图像：
五．讨论：
本实验中采用测量同一电流状况下的正反向电压可以减小实验的误差。
六．结论：
由以上数据图像可得，溅射薄膜的电阻率随着膜厚的增加而减小；
薄膜厚度d由公式d=kVIt给出，其中k为常数；