[发明专利]一种测定半导体薄膜膜厚方向电导率的方法

说明书

技术领域

本发明属于薄膜热物性测试技术领域，具体涉及一种半导体薄膜膜厚方向电导率的测定方法。

背景技术

对于微纳米材料、微电子微机电系统(MEMS)、纳米薄膜热电材料而言，电导率是非常重要的物性参数。对于各种材料薄膜膜厚方向电导率的测试已经有很多报道，但是由于薄膜在厚度方向尺寸极小，通常为微米甚至纳米级，因此无法直接测量，用于宏观尺寸样品的电导率测试方法均无法使用在薄膜样品厚度方向的测量中。如广泛使用的四探针法，在宏观样品的测试中，由于可以排除电路电阻以及接触电阻的影响，被广泛运用于各种材料的电导率测试，但由于薄膜膜厚方向尺寸极小，无法在厚度方法搭建4个探针，因此无法用于薄膜厚度方法的电导率测量。据文献报道，在薄膜膜厚方向电导率的测量中，广泛使用的为增强的传输线模型法(ETLM)(①R.Venkatasubramanian.in Recent Trends in Thermoelectric Materials Research III(ed.Tritt，T.M.)Ch.4(Academic，SanDiego，2001)，即在传输线模型(TLM)法(②H. H. Berger.J.Electrochem.Soc，1972，119(4)：507)的基础上进行改进的一种测试方法，先由TLM法测得金属探针与薄膜的接触电阻，再进一步得到薄膜膜厚方向的电导率。但该方法需要加工出样品的台式结构，在样品台式结构上再加工出与台式结构相同的金属探针，加工难度较大；另外，由该方法实际上测得的薄膜电导率为台状结构的厚度方向的电导率，而并非薄膜本身的电导率，而该测量方法成立的前提是台式结构的电导率与薄膜本体的电导率相同，且不能随厚度有所变化。若薄膜电导率随厚度有所变化，则所测电导率并不一定与薄膜本体厚度方向的电导率相同。

因此，薄膜膜厚方向的电导率测量较为困难，方法较少，且加工较为困难，难以保证所测得电导率为所待测薄膜样品厚度方向的电导率。

发明内容

本发明目的在于提供一种半导体薄膜厚度方向电导率的测试方法，该方法仅需利用直流电源及精密电压表即可得到薄膜厚度方向的电导率，且样品制备较容易，数据处理简便，测试精度较高。

实现本发明的目的所采用的具体技术方案如下：

一种绝缘衬底上的半导体薄膜厚度方向电导率的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

首先，在绝缘衬底上由下而上依次沉积第一条形导电金属薄膜、第一绝缘层、待测半导体薄膜、第二绝缘层及第二条形导电金属薄膜层；其中第一层绝缘层与第二层绝缘层在相同位置留有大小位置完全相同的导电小孔；

其次，使上下两层金属薄膜与中间夹层半导体薄膜通过上下两导电小孔接触导通，形成串联的电流通路；

然后，对该电流通路通入一定电流，并采集半导体薄膜两表面上对应于两开孔位置处的电压值；

最后，根据所测得的电压值及对其所通电流值，再结合半导体薄膜与金属薄膜层的接触电阻，即可求得半导体薄膜厚度方向的电导率。

进一步地，所述半导体在薄膜厚度方向的电导率为：

G=dR′S]]>

式中，上下两层绝缘层上的开孔面积均为S，d为半导体薄膜厚度，R’为半导体薄膜在厚度方向上面积为S的电阻值。

进一步地，所述电阻值R’通过如下公式得到：

R’＝R-R₁-R₂

式中，R＝U₁/I₁，U₁为半导体薄膜两表面在对应开孔位置之间的电压值，I₁为流过所述电流通路的电流，R₁和R₂分别为上下两接触电阻的阻值。

本方法所需设备为：可调直流电源一台，精密电流表、电压表各一个。将样品、电流表串联起来，由可调直流电源供电，精密电流表读取通过薄膜样品电流的大小，精密电压表直流测量样品中两个电压测试端的电压值。