1、探究金屬薄膜厚度對其電阻率的影響討論薄膜電阻率的尺寸效應作者：  相關鏈接： 實驗目的n        進一步掌握四探針測量電阻率以及干涉顯微鏡測量膜厚的原理和方法 n        要求得出金屬薄膜厚度對其電阻率影響的定性結論 n        分析實驗結果和各種實驗誤差  實驗原理n      

2、  S為探針間距，當樣品厚度時，有：這就是常用的薄片電阻率的測量公式。n        薄膜樣品臺階處的干涉條紋，由于薄膜樣品的兩個表面有光程差，干涉條紋發生了彎曲，干涉條紋間距為，條紋移動，則厚度為：為綠光波長，可取為 530 nmn        電阻率與厚度的關系=      薄膜在010 nm時，電阻率較大=      厚度在1020 nm

3、之間，電阻率隨平均厚度增加而急劇減小=      當厚度大于20 nm以后，電阻率隨膜厚緩慢下降 =      當厚度大于300 nm左右時，電阻率不再隨厚度變化而趨于一穩定值 n        電阻率與厚度的典型關系曲線（銀）： =      在金屬薄膜的初期生長階段，膜為島狀結構，其導電機制為熱電子發射和隧道運動，故電阻率較大，表現出非金屬性質=  &#

4、160;   當薄膜為網狀結構時，電子穿過優先導電通路而形成滲流導電，薄膜電阻率隨平均厚度的增加而急劇減小，呈現非金屬金屬的轉變 =      當形成連續薄膜時，薄膜呈現金屬性質n        金屬膜電阻率與膜厚倒數關系圖（銀），縱軸的截距為相應塊體材料的電阻率 n        傳導電子更多的受到薄膜表面、晶界和缺陷的非彈性散射，在膜厚與電子的平均自由程相近時，或前者比后者

5、小時，傳導電子受到薄膜表面和晶界的散射作用變得十分顯著，導致電阻率隨膜厚度的減小而增大，即為薄膜電阻率的尺寸效應。 實驗內容n        首先測量各片鋁膜的厚度，仍然采用多組數據取平均的方法 n        然后分別測量各片樣品的電阻率，選取薄片的不同位置進行讀數，再對整體取平均值n        作出電阻率厚度關系圖，分析實驗數據以及實驗中的主要誤差并得出結論 

6、;數據處理n        金屬膜的電阻率隨膜厚的變化關系：l        可見，電阻率與薄膜厚度基本上滿足了反比關系。在020 nm區間，電阻率隨平均厚度的增大而急劇減??；而在40100nm之間，電阻率隨平均厚度的增大而緩慢下降；在100 nm以后，電阻率就基本上不會發生變化了，這與先前的分析是一致的，我們已經得到了定性的結論。n        金屬膜電阻率同膜厚倒數的關系圖：l&#

7、160;       由圖可知，鋁薄膜的電阻率同薄膜厚度倒數表 現出良好的線性關系，根據金屬薄膜 電阻率的理論知識可知，其在縱軸的截距是鋁塊體材料的電阻率，其值為，這與純鋁的電阻率還是有差距的，但我們在數量級上仍是正確的。 誤差分析n        由于探針壓力的不同以及測量位置的不同，導致電阻率讀數的差異，可針對不同的壓力和薄膜表面不同位置進行測量，對比這些測量結果，可估算誤差的大小，另一方面，由于儀器精度的限制（）我們只能得到一位有效數字，這是極其不準

8、確的，造成了較大的誤差，決定了我們只能得到定性的結論。n        光學顯微鏡的分辨尺度為光波長，在本實驗中即為綠光波長 530 nm，這就從根本上限制了超薄鋁膜厚度測量的精度。由于這些樣品的厚度均小于 300nm，可想見幾乎所有的測量數值都有或大或小的誤差。n        在電阻率的測量中，由于測量讀數有時不太穩定，這就在讀數中引入了較大的主觀誤差。 另外，在薄膜厚度測量時，由于儀器調節和視疲勞等因素，條紋間距的讀數同樣也會引入較大的主觀誤差。n&

9、#160;       要得出較好的結果，在電阻率測量時應使壓力適當，對樣品的不同位置進行多次測量；在 使用干涉顯微鏡時必須保持安靜，任何過大的震動都會使測量值作廢或者增大誤差。 實驗心得n        再一次熟悉了各種儀器的調試和測量方法，更重要的是，我們自己確定了實驗課題，制定 了實驗方案，最終得到了較好的實驗結果，對我們的動手能力是一次極大的提高。n        對金屬薄膜的生長有了較清晰的物理圖像，電阻率隨薄膜厚度的變化，事實上反映了不同 厚度薄膜表面物質的生長結構，不同的結構就會表現