導(dǎo)電薄膜電阻測量技術(shù)的可靠性研究
隨著濺射技術(shù)、靶材技術(shù)的發(fā)展深入和成熟,使以氧化銦錫透明導(dǎo)電玻璃(ITO玻璃)為代表的導(dǎo)電薄膜材料的制造和應(yīng)用越來越廣泛。ITO玻璃目前是與液晶顯示等平面顯示技術(shù)配套的關(guān)鍵組件。從1987年起至今,ITO玻璃的制造在國內(nèi)已有二十年的歷史。產(chǎn)品已廣泛用于電子手表、計算器、游戲機、移動電話、電腦顯示器、平面電視等消費類產(chǎn)品,以及各種光電儀器設(shè)備和科學(xué)實驗中的透明導(dǎo)電電極等。現(xiàn)在,國內(nèi)已有ITO玻璃生產(chǎn)企業(yè)的單位年生產(chǎn)能力由60萬片提高到了2000萬片。產(chǎn)品也從TN型ITO玻璃,延伸到STN型、觸摸屏、彩色濾光片……眾多品種。
1、導(dǎo)電薄膜材料的檢測參數(shù)
面對越來越大量的導(dǎo)電薄膜材料的生產(chǎn)造,如何保證產(chǎn)品的質(zhì)量?除了要求生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)線穩(wěn)定性不斷提高,檢測技術(shù)在此也提供了強有力的支撐作用。
ITO玻璃的產(chǎn)品質(zhì)量檢測包括以下幾個方面:尺寸、方塊電阻、蝕刻性能、ITO膜層耐堿性、光電性能和可靠性等。除尺寸方面的檢測僅與玻璃原片有關(guān)外,其余幾個方面都與ITO玻璃生產(chǎn)的工藝過程有關(guān)。由于國內(nèi)大多數(shù)ITO 玻璃生產(chǎn)企業(yè)自己不生產(chǎn)玻璃原片,所以與生產(chǎn)企業(yè)有關(guān)的ITO 玻璃產(chǎn)品質(zhì)量參數(shù)就是:方塊電阻、蝕刻性能、ITO膜層耐堿性、光電性能和可靠性等。以上幾個參數(shù)是由ITO 玻璃生產(chǎn)的工藝過程所確定,同時各個參數(shù)之間也存在必然的關(guān)聯(lián)?梢哉f,這幾個參數(shù)中的每一個,都可以是以其余參數(shù)為變量的函數(shù)。事實上,在生產(chǎn)線的技術(shù)條件穩(wěn)定,靶材選擇固定的條件下,檢測以上幾個參數(shù)的任意一個,其結(jié)果都有代表性的意義。所以,我們選取方塊電阻作為經(jīng)常性檢測的參數(shù)。因為對方塊電阻的檢測操作最簡便,檢測成本最低,并且瞬間就可以得到檢測結(jié)果。
2、薄膜電阻的測量原理
薄膜的膜層電阻通常以方塊電阻(或面電阻、薄層電阻)來表示。按照電阻定律:
R = ρ × L/S (1)
式中R 代表樣品電阻,ρ 代表樣品電阻率,L代表電流方向上的樣品長度,S 代表樣品垂直于電流方向上的截面積。
圖1 膜層電阻
可以得出膜層電阻的測量原理如下:如圖1所示,G表示玻璃原片;ITO表示被濺射在玻璃原片上的氧化銦錫膜層;D表示膜層的厚度;I表示平行于玻璃原片表面而流經(jīng)膜層的電流;L1表示在電流方向上被測膜層的長度;L2表示垂直于電流方向上被測膜層的長度。根據(jù)式(1),則膜層電阻R為:
R = ρ×L1/(L2×D) (2)
式中ρ 為膜層材料的電阻率。當(2) 式中L1=L2時,定義這時的膜層電阻R 為膜層的方塊電阻R□:
R□ = ρ/D(單位:Ω/□) (3)
它表示膜層的方塊電阻值僅與膜層材料本身和膜層的厚度有關(guān),而與膜層的表面積大小無關(guān)。這樣,任意面積的膜層電阻R 的計算,由式(2)和式(3)得出:
R=R□(L1/L2) (單位Ω) (4)
目前在實際的測量中,通常測量的是膜層的方塊電阻。在線檢測的儀器基本上采用“直排四探針”方法對膜層的方塊電阻進行測量。原理如圖2 所示。圖中1、2、3、4 表示四根探針;S表示探針間距;I表示從探針1流入、從探針4流出的電流(單位:mA);△V表示探針2、3間的電位差(單位:mV)。
圖2、方塊電阻的測量
此時,膜層的方塊電阻R□可表示為:
R□= 4.53×△V/I(單位:Ω/□)(5)
由上式可見,只要在測量時給樣品輸入適當?shù)碾娏鱅,并測出相應(yīng)的電位差△V,即可得出膜層的方塊電阻值。
3、問題的提出
實際上,在ITO玻璃的生產(chǎn)過程中,檢測最多的參數(shù)是ITO玻璃的方塊電阻。根據(jù)在不同崗位的檢測需要,生產(chǎn)企業(yè)分別使用手提式和臺式這兩種方塊電阻測儀。而手提式方塊電阻測試儀相對使用較多。