一种微波谐振腔测量表面电阻/电导率的校准方法与流程

本发明属于导电平面的表面电阻测量领域，涉及一种微波谐振腔测量表面电阻/电导率的校准方法。

背景技术：

导电类薄膜材料或块体材料在集成电路、太阳能电池、探测器、航空航天等诸多领域具有广泛应用，而准确测量它们的导电特性是评估其应用性能的关键。

目前，微波谐振腔法是测量表面电阻或表面电导率的标准方法之一，通过以待测样品替换谐振腔端板的方式来实现待测样品表面导电性的测量。该方法中，要求谐振腔内壁具有一致均匀的表面电阻；然而，由于以下几个因素的存在可能导致谐振腔内壁具有非均匀的表面电阻：一是机械加工工艺本身难以保证谐振腔侧壁和上下端板具有一致的表面电阻，二是作为替换端板的盖板由于长期使用过程中的人为接触会引起盖板表面电阻发生一定的变化而引起腔体内壁表面电阻不一致，三是如果待测样的方阻与上盖板的方阻差别很大已经超出了微扰的范围时，原始腔体直接测量的方法就已经不再适用。当腔体内壁表面电阻具有非均匀特性时，将导致最终测量结果存在较大的测量误差，因此需要开发出一种方法，该方法能够测量待测样品的方块电阻值及电导率。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种微波谐振腔测量表面电阻/电导率的校准方法，该方法能够校准谐振腔测量待测样品的方块电阻值及电导率值。

为达到上述目的，本发明所述的微波谐振腔测量表面电阻/电导率的校准方法包括以下步骤：

1)获取方块电阻值间隔分布均匀的校准样品；

2)利用四探针测量校准样品的方块电阻rs0；

3)取下谐振腔顶部的盖板，然后将校准样品覆盖于谐振腔顶部的开口处，测量并计算获得当前谐振腔的品质因子q0；

4)取下校准样品，将待测样品覆盖于谐振腔的顶部开口处，测量并计算获得此时谐振腔的品质因子q；

5)根据步骤3)测量计算得到的谐振腔的品质因子q0及步骤4)测量计算得到的谐振腔的品质因子q计算待测样品方块电阻值rs和电导率值。

校准样品为沉积于非导电基体上的导电薄膜、掺杂硅片或者镜面抛光的块状导体。

待测样品为沉积于非导电基体上的导电薄膜或者测量面平整光滑的导电块。

当校准样品为沉积于非导电基体上的导电薄膜时，导电薄膜利用磁控溅射沉积工艺、热蒸发沉积工艺、电子束蒸发工艺、印刷工艺或化学沉积工艺沉积于非导电基体上。

当待测样品为沉积于基底上的导电薄膜时，该导电薄膜利用磁控溅射沉积工艺、热蒸发沉积工艺、电子束蒸发工艺、印刷工艺或化学沉积工艺沉积于非导电基体上。

非导电基体为绝缘衬底或半导体衬底。

待测样品的方块电阻值rs为：

其中，k是波数，η是空气波阻抗，d是谐振腔的腔体高度。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的微波谐振腔测量表面电阻/电导率的校准方法在具体操作时，将谐振腔顶部的盖板更换为校准样品，测量并计算得到此时谐振腔的品质因子，然后将校准样品更换为待测样品，测量并计算得到当前谐振腔的品质因子，再根据两次计算得到的谐振腔的品质因子及校准样品的方块电阻计算待测样品的方块电阻值及电导率值，操作方便、简单，与原有直接依照盖板测量谐振腔方块电阻相比，测量精度更高，且测量范围可以由毫欧每方至欧姆每方量级，能够广泛应用于集成电路、太阳能电池、探测器及航空航天等领域，具有一定的普适性。

附图说明

图1为待测样品为沉积于非导电基体1上的导电薄膜2时待测样品与谐振腔3的结构示意图；

图2为待测样品为测量面平整光滑的导电块4时待测样品与谐振腔3的结构示意图。

其中，1为非导电基体、2为导电薄膜、3为谐振腔、4为导电块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参考图1及图2，本发明所述的微波谐振腔测量表面电阻/电导率的校准方法包括以下步骤：

1)获取方块电阻值间隔分布均匀的校准样品；

2)利用四探针测量校准样品的方块电阻rs0；

3)取下谐振腔3顶部的盖板，然后将校准样品覆盖于谐振腔3顶部的开口处，测量并计算获得当前谐振腔3的品质因子q0；

4)取下校准样品，将待测样品覆盖于谐振腔3的顶部开口处，测量并计算获得此时谐振腔3的品质因子q；

5)根据步骤3)计算得到的谐振腔3的品质因子q0及步骤4)计算得到的谐振腔3的品质因子q计算待测样品方块电阻值rs和电导率值。

校准样品为沉积于非导电基体1上的导电薄膜2、掺杂硅片或者镜面抛光的块状导体；待测样品为沉积于非导电基体1上的导电薄膜2或者测量面平整光滑的导电块4。

当校准样品为沉积于非导电基体1上的导电薄膜2时，导电薄膜2利用磁控溅射沉积工艺、热蒸发沉积工艺、电子束蒸发工艺、印刷工艺或化学沉积工艺沉积于非导电基体1上；当待测样品为沉积于基底上的导电薄膜2时，该导电薄膜2利用磁控溅射沉积工艺、热蒸发沉积工艺、电子束蒸发工艺、印刷工艺或化学沉积工艺沉积于非导电基体1上。

非导电基体1为绝缘衬底或半导体衬底。

待测样品的方块电阻值rs为：

其中，k是波数，η是空气波阻抗，d是谐振腔的腔体高度。

谐振腔3为圆柱谐振腔、介质填充圆柱谐振腔或其它非平面微波谐振结构。

实施例一

以磁控溅射沉积银薄膜为例说明，其中，谐振腔3为圆柱谐振腔，包括以下步骤：

1)用磁控溅射设备将银薄膜采用磁控溅射沉积工艺沉积到非导电基体1表面，得校准样品和待测样品；

2)将校准样品作为谐振腔3的腔体壁的一部分，使用网络分析仪测量并计算得到谐振腔3的品质因子q0；

3)采用四探针测试仪测量校准样品的方块电阻rs0；

4)将校准样品替换为待测样品置于谐振腔3的上端，测量并计算得到此时谐振腔3的品质因子q；

5)得品质因数-方块电阻关系式

对于不同方阻值的样片，测量计算得到的品质因子q会有区别，如表1所示。当q与q0数值差了数量级时，谐振腔直接测量方阻的方法已经不再适用，此时我们使用了已知方阻的与待测样品q值相近的品质因子为q0的校准样品来测量，则可以测量计算得到该待测样的方块电阻。

表1