方块电阻测试仪可靠性探究.doc

导电薄膜电阻测量技术的可靠性研究 
摘要本文针对手提式薄膜面电阻测试仪在使用中容易出现的问题,进行分析研究,提出了解决方案,并在实验中得到实现。研究的问题包括:电池供电的电压监测;探头完全与被测样品接触良好的检测;防止探针对被测样品造成电击穿;测量时自动进行量程转换等。
关键词:面电阻电压监测接触量程转换
一、引言
随着溅射技术、靶材技术的发展深入和成熟,使以氧化铟锡透明导电玻璃(ITO玻璃)为代表的导电薄膜材料的制造和应用越来越广泛。ITO玻璃目前是与液晶显示等平面显示技术配套的关键组件。从1987年起至今,ITO玻璃的制造在国内已有二十年的历史。产品已广泛用于电子手表、计算器、游戏机、移动电话、电脑显示器、平面电视等消费类产品,以及各种光电仪器设备和科学实验中的透明导电电极等。现在,国内已有ITO玻璃生产企业的单位年生产能力由60万片提高到了2000万片。产品也从TN型ITO玻璃,延伸到STN型、触摸屏、彩色滤光片[1]……众多品种。 
二、导电薄膜材料的检测参数
面对越来越大量的导电薄膜材料的生产制造,如何保证产品的质量?除了要求生产企业的生产线稳定性不断提高,检测技术在此也提供了强有力的支撑作用。
ITO玻璃的产品质量检测包括以下几个方面:尺寸、面电阻、蚀刻性能、ITO膜层耐碱性、光电性能和可靠性等。除尺寸方面的检测仅与玻璃原片有关外,其余几个方面都与ITO玻璃生产的工艺过程有关。由于国内大多数ITO玻璃生产企业自己不生产玻璃原片,所以,与生产企业有关的ITO玻璃产品质量参数就是:面电阻、蚀刻性能、ITO膜层耐碱性、光电性能和可靠性等。
以上几个参数是由ITO玻璃生产的工艺过程所确定,同时各个参数之间也存在必然的关联。可以说,这几个参数中的每一个,都可以是以其余参数为变量的函数。事实上,在生产线的技术
条件稳定,靶材选择固定的条件下,检测以上几个参数的任意一个,其结果都有代表性的意义。所以,我们选取面电阻作为经常性检测的参数。因为对面电阻的检测操作最简便,检测成本最低,并且瞬间就可以得到检测结果。 
三、面电阻的测量原理
薄膜电阻通常以面电阻(或方块电阻、薄层电阻)来表示。按照电阻定律:
R=ρ×L/S (1)
式中R代表样品电阻,ρ代表样品电阻率,L代表电流方向上的样品长度,S代表样品垂直于电流方向上的截面积。
可以知道面电阻的测量原理如下:面电阻如图1所示:G表示玻璃原片;ITO表示被溅射在玻璃原片上的氧化铟锡膜层;D表示膜层的厚度;I表示平行于玻璃原片表面而流经膜层的电流;L1表示在电流方向上被测膜层的长度;L2表示垂直于电流方向上被测膜层的长度。根据式(1),则膜层电阻R为:
R=ρ×L1/(L2×D)
式中ρ为膜层材料的电阻率。当式中L1= L2时,即为膜层的面电阻R□:
R□=ρ/D (单位:Ω∕□) (2)
它表示膜层的面电阻值仅与膜层材料本身和膜层的厚度有关,而与膜层的表面积大小无关。
在实际的测量中,手提式仪器基本上采用“直排四探针”方法测量膜层的面电阻。原理如图2所示。图中1、2、3、4表示四根探针;S表示探针间距;I表示从探针1流入、从探针4流出的电流(单位:mA);V表示探针2、3间的电位差(单位:mV)。
此时,膜层的面电阻R□(式(2))为:
R□= 4