一种高温下测量薄膜电阻温度特性的方法-论文.pdf

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1、第14卷第21期2014年7月科学技术与工程Vo1．14No．21Ju1．20141671—1815(2014)21—0234—05ScienceTechnologyandEngineering⑥2014Sci．Tech．Engrg．通信技术一种高温下测量薄膜电阻温度特性的方法张志浩施永明王俊马斌(中科院上海技术物理研究所，中国科学院红外成像材料与器件重点实验室，上海200083)摘要介绍了Rymaszewski四探针法测薄膜方块电阻原理，设计并搭建了可测室温到550℃的四探针测试仪。该系统可在保护气体下变温测量薄层电阻，弥补了四探针法在较高温度测量薄膜电阻率的不足。制备并测试了多

2、晶硅及铂薄膜的电阻温度特性，用多项式拟合了在该温度范围内电阻温度系数，并分析了方法可靠性。关键词四探针Rymaszewski法高温薄膜多晶硅Pt电阻温度系数中图法分类号TN307；文献标志码A随着科学技术的不断发展，半导体工业越来越1实验原理受到人们的重视。业界领先的超大规模集成电路特征尺寸已经达到22Ylm，对于薄膜材料的制备与特1．1Rymaszewski法原理性研究提出更高的要求，以便能够对器件的性能作Rymaszewski提出用双电法测量薄层电阻，前提出更加准确的估计，缩短研究时间，降低成本投入。条件是无穷大薄层样品。Rymaszewski法的优点在薄膜电阻是材料特性研究中

3、非常重要的内容，于不再受限于探针之间距离的严格相等，它允许探Valdes首先提出了四探针法¨测量半导体电阻率，针横向平移，但需要在一个平面内。Rymaszewski法后来Rymaszewski法及范德堡法对普通四探针使用双电四探针，如图1所示：法作了改进，因而被广泛使用。甚至结合原子力显

4、vlvlll·Iv2V2微镜技术研发了微观四探针系统_4J，利用碳纳米管探针探针探针问距可以做到30nm。近来微机电系统(micro．1rJ'『J●electro—mechanicalsystem，MEMS)技术发展迅速，在航天、消费电子产品等领域应用广泛。有些MEMS1234样品1234样品'r

5、’r1，『1r器件需要在极端的环境下工作，如用于红外景像模(a)第1次测量(b)第2次测量拟的电阻阵器件需要在上千度的高温下工作，传统的四探针技术已对这些环境下的薄膜测试束手无Fig．1Schematicdiagramoffour—point策。一般的薄膜电阻率测试并不关心温度的变化，probemethod甚至把温度作为误差进行分析。范德堡法可以测量薄层电阻率，但是它对样品及四个电极的位置Rymaszewski法给出以下公式：有很高的要求，一般要用圆形薄层样品，电极要在样品边缘。Rymaszewski法对样品的形状不敏感，对唧(-2a馏vV1，／⋯p(一)=-(1)探针位置的误差有

6、修正作用，对各类样品的测试有R=丽＼iv,+v21dv21J(2)通用性。所以应用Rymaszewski法原理，改进了高，，．，＼，温与气氛条件，搭建了可控变温四探针测试平台，并式中，R为样品的方块电阻，、分别是两次测量测得了多晶硅及铂金薄膜室温到高温的电阻变化。中2、3和4,3探针的电压测量值，两次测量的电流值均为，V1／)是范德堡函数。范德堡函数有如下形式：2014年3月16日收到arcosh[1~ln2＼1x-1第一作者简介：张志浩，男。硕士研究生。研究方向：微电子与固体_+1：———．I—L二(3)n2、电子学。E-mail：zzh19891103@126．com。{根据王

7、静等人[研究发现厂可以用多项式函数21期张志浩，等：一种高温下测量薄膜电阻温度特性的方法235进行拟合，方便具体运用。性能，最终选定最高温度在550℃。为了让样品受f=1+Q(13237715x一0．0-10376792+Q0疆57882一热更加均匀，选择通过加热气氛使样品受热均匀，所Q00077693X4+Q0130嘶04x+Q1313017171(4)以用非接触式加热炉，最高可加热到1000oC左右。式(4)中，=／V1。由于一些样品在空气中加热到比较高的温度时容易1．2误差修正氧化变性，所以实验需要抽真空进行，为利用气氛传厚度修正：根据孙以材等人的研究发现当探热，所以通人氮作

8、为保护气体及加热气体。Keithley针间距比样品的厚度大2～3倍时，已基本不需要修2400通用型源表可以输出设定的电流电压与功率，正。本实验所用探针间距为2．8mm，样品薄膜厚度动态范围很高，达到10pA～10A，1V～1100V，在1m以内，样品满足此条件。边缘修正：20～1000W，满足实验需求。由于需要对一个温度Rymaszewski法可以抵消边缘效应的带来的影响J。点进行两次测量，在2400表与四探针之间加入了继所以只需要分两次测得、，根据以上公式就能电器，