Лабораторная работа № 1
ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ УДЕЛЬНОГО
ПОВЕРХНОСТНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ
РЕЗИСТИВНОЙ ПЛЕНКИ
Цель работы: изучение процесса измерения удельного поверхностного сопротивления резистивных пленок и оценка экспериментальных
данных с позиций проектирования резисторов заданной точности.
1. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ПОДГОТОВКЕ
К РАБОТЕ
Содержание работы: уяснить поставленную задачу, ознакомиться с
методами измерений удельного поверхностного сопротивление резистивной пленки, ознакомиться с принципом действия измерительной установки, разработать программу экспериментальной части работы, провести измерение удельного поверхностного сопротивления резистивной
пленки на подложке, обработать полученный экспериментальный материал и дать расчет резистора заданного номинала и точности.
Основные теоретические сведения
Электрофизические свойства тонких пленок существенно отличаются
от свойств массивного металла (чем тоньше пленка, тем сильнее отли
чаются ее свойства). Характер
изменения поверхностного сопротивления пленки от ее толщины
показан на рис. 1.1.
Кривая зависимости поверхностного сопротивления имеет четыре характерных участка.
Сверхтонкая пленка (при толщине пленки менее 5–10 нм) не является сплошной, а состоит из отдельных изолированных
островков, поэтому свободные электроны не могут перемещаться в пленке, как в объеме металла. Электропроводность ее чрезвычайно мала и неустойчива, так как обусловлена холодной эмиссией электронов в зазорах между островками (туннельной проводимостью). При толщине 10–20 нм, которая называется первой
критической толщиной, островки (кристаллиты) имеют толщину в несколько атомных слоев и в некоторых местах соединяются. Пленка становится проводящей, однако на ее проводимость сильно влияет эффект
отражения электронов от ее поверхности (границы обрыва кристаллической решетки). Лишь при толщине пленки порядка 80–100 нм (второй критической толщине) ее можно считать гарантированно сплошной, поверхность ее становится гладкой. Влияние отражения электронов
от поверхности, а также туннельной проводимости снижается и основное влияние на сопротивление пленки оказывают дефекты структуры (границы между зернами, молекулы поглощенного газа). Для производства интегральных микросхем (ИМС), когда необходима
стабильность электрических свойств пленки, важным условием является применение пленки толщиной не менее второй критической, т. е.
более 100 нм (пологий участок на рис. 1.1). При дальнейшем увеличении толщины пленки поверхностное сопротивление приближается к
объемному, оставаясь, однако, выше его.
Сопротивление резистора R определяется выражением
R плl (1.1)
db
где пл – удельное сопротивление пленки; l, b, d – соответственно