一种薄层材料方块电阻测试方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种导电薄层材料方块电阻测试方法，薄层材料包括单层或多层涂料 和薄膜材料，运些薄层材料可能是独立的或受到非导电基片支撑的。
【背景技术】
[0002] 方块电阻是薄层材料的重要电性能之一，它的精确测量是评估和监测半导体材料 的重要手段。同时薄层材料在电子器件制作中得到广泛应用，它的方块电阻性能直接影响 器件的质量。薄层金属、合金、半导体材料和基片上的导电涂层材料应用于半导体器件制造 和电子线路连接，还有物体表面改性和防护。
[0003] 目前的国家标准"GB/T14141-2009娃外延层、扩散层和离子注入层薄层电阻的 测定直排四探针法"对测试半导体材料薄层电阻的四探针法作了详细规定，要求探针针尖 为半球形（半径为35Jim-250ym)或平的圆截面（半径为50Jim-125ym)。
[0004] 直排四探针法中两端电极在样品中产生的电势场不可避免地受到中间两个测量 电极的影响。运个标准严格要求相邻探针之间距离为1. 59mm，限定了样品表面的测量范围。 为了避免小探针接触点电加热对测量表面的影响，要求探针电流小于100mA，同时由于被测 材料表面的探针压痕形状难W控制，需要进行重复测试W保证测量结果的可靠性和提高测 量精度。总之直排四探针法测量薄层材料的方块电阻过程繁复，对测量仪器及操作技能要 求很高，限制了它的更广泛应用。
[0005] 而对于固体绝缘材料，国家标准"GB/T1410-2006固体绝缘材料体积电阻率和表 面电阻率试验方法"规定了采用同屯、环形电极测量平板材料表面电阻率的测定程序和计算 方法。
【发明内容】
[0006] 鉴于现有技术中存在的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题在于提供一种薄层 材料方块电阻测试方法，能够改善现有技术中存在的上述困难，对电极直径没有限制，较大 直径电极可W减小电极/基片界面接触电阻及电加热对样品表面的影响。
[0007] 为了解决上述技术问题，本发明的一种薄层材料方块电阻测试方法，包括：在薄层 材料的表面安装二个圆形或圆环形的电极；对所述电极之间的电阻进行测量；根据理论模 型，从测量的所述电极之间的电阻、各所述电极的直径和所述电极之间的距离计算所述薄 层材料的方块电阻。
[0008] 根据本发明，计算由圆形或圆环形电极对通过直流电流时在薄层材料中产生的电 势和电流场分布。同时提供一种计算电极对之间薄层材料中电阻的计算方法，然后通过测 量运个电阻测定薄层材料的方块电阻。本发明的方法对电极直径没有限制，且圆环形电极 在测量中和圆形电极有相同的功能，圆环形电极还有可能改善电极边缘与薄层材料的接 触。
[0009] 又，在本发明中，所述薄层材料为导电材料，包括金属材料、合金材料、或半导体材 料。此外，所述薄层材料可包括单层材料或多层材料，且所述薄层材料可w是独立的或者由 非导电基片支撑。
[0010] 又，在本发明中，所述电极可连接于所述薄层材料和电路之间，所述电极可通过导 电体表面受压接触、胶粘、焊接、电焊的方式连接于所述薄层材料。
[0011] 又，在本发明中，所述薄层材料的厚度均匀，优选地，其不均匀度小于1% ;且所述 薄层材料的厚度远小于所述电极的直径，优选地，小于最小电极直径的1/10。
[0012] 根据本发明，薄层材料中由圆形电极对通过直流电流时产生的电势和电流场分布 在材料深度方向是均匀的，理论分析上可W按照二维场问题处理。
[0013] 又，在本发明中，所述薄层材料的平面尺寸远大于所述电极之间的距离，优选地， 大于10倍电极之间的距离，其中所述平面尺寸包括所述薄层材料的长、宽或直径。
[0014] 又，在本发明中，所述电极与所述薄层材料的边缘之间的距离远大于所述电极之 间的距离，优选地，大于5倍电极之间的距离。
[0015] 根据本发明，薄层材料的平面尺寸远大于电极之间的距离，且每个电极与材料边 缘的最近距离远大于电极之间的距离，运样在材料边缘电势和电流分布均很小，可W忽略 边缘反射效应。
[0016] 又，在本发明中，可利用点源模型计算圆形或圆环形的所述电极在所述薄层材料 中产生的电势和电流场分布。
[0017] 又，在本发明中，要求电极材料的电导率远大于薄层材料的电导率，所W对每个电 极它的电势分布是均匀的，且要求电极和薄层材料在界面的接触电阻很小。即相比薄层材 料中的电阻，电极中电阻和电极/薄层材料界面的接触电阻很小，在测试中可W忽略不 计。类似地，测量中认为电极引线的电阻已知或很小。所W理论分析中不考虑电极中电阻、 电极引线的电阻和电极/基片界面接触电阻的影响。
[0018] 根据下述【具体实施方式】并参考附图，将更好地理解本发明的上述内容及其它目 的、特征和优点。
【附图说明】
[0019] 图1为圆形电极测量薄层材料方块电阻方法示意图； 图2是显示利用公式（1)和（4)计算二个点电极通过直流电流在薄层材料中产生的等 势圆和电流线分布的示意图。
[0020] 符号标记： 1，薄层材料；2,电极A(第一电极）；3,电极B(第二电极）；4,电极引线。
【具体实施方式】
[0021] W下结合附图和下述实施方式进一步说明本发明，应理解，附图及下述实施方式 仅用于说明本发明，而非限制本发明。
[0022] 图1为圆形电极测量薄层材料方块电阻方法示意图。其中作为第一电极2的电极 A和作为第二电极3的电极B的半径分别是r,和re，二个电极中屯、之间的距离是L。
[002引图2是显示利用公式（1)和（4)计算二个点电极通过直流电流在薄层材料中产 生的等势圆和电流线分布的图，其中，二个点电极分别对称地位于X轴上（X1/2-X2/2,0) 和（X2/2-Xi/2,0)处。环绕点电极的实线圆圈代表等势线，由大到小它们的半径分别是 0. 5L。，0. 25L。，0. 1L。，0. 05L。和0.OIL。。运里U=X2-Xi是二个点电极之间的距离。虚线代 表薄层材料中的电流线，代表从两个点电极位置相隔15°角度发出电流的路径。虚线的密 度代表电流强度的大小。小插图显示的是右边点电极附近的电势和电流场分布情况，表明 越靠近点电极，等势圆圆屯、偏离点电极位置越小和电流强度在角度方向的分布越均匀。根 据公式（2)和（3)计算，左边等势圆圆屯、在X轴上的位置是-(Xi+X2)/2,右边等势圆圆屯、在 L- (X1+X2) /2 <3
[0024] 针对现有技术中的问题，本发明提供了一种薄层材料方块电阻测试方法，包括：在 薄层材料的表面安装二个圆形或圆环形的电极；对所述电极之间的电阻进行测量；根据理 论模型，从测量的所述电极之间的电阻、各所述电极的直径和所述电极之间的距离计算所 述薄层材料的方块电阻。
[00巧]根据本发明，计算由圆形或圆环形电极对通过直流电流时在薄层材料中产生的电 势和电流场分布。同时提供一种计算电极对之间薄层材料中电阻的计算方法，然后通过测 量运个电阻测定薄层材料的方块电阻。本发明的方法对电极直径没有限制。本发明中薄层 材料是指单层或多层涂料和薄膜材料，运些薄层材料可能是独立的或受到非导电基片支