[发明专利]测量膜基结构中金属膜的电导率的方法

说明书

本发明公开了一种测量膜基结构中金属膜的电导率的方法，包括：测量太赫兹波穿过所述膜基结构或其基板的厚度的空气以得到参考频域信号；沿所述基板的厚度方向朝其表面的发射水平偏振的太赫兹波使其从所述金属膜一侧垂直入射所述膜基结构；接收所述太赫兹波穿过膜基结构后的首波和回波的频域信号；构造穿过空气和所述膜基结构后的太赫兹波的光谱密度函数；对所述首波频域信号和参考频域信号进行比较以得到实验透射系数；所述实验透射系数为太赫兹波频率的函数，将所述太赫兹波的所有频率下的理论透射系数与实验透射系数之间的频域幅值和相位差异累加，得到误差函数；通过Quasi‑Newton算法将所述误差函数作为目标函数进行求解以得到所述金属膜的电导率。

技术领域

本发明涉及金属膜的厚度和电导率测量领域，特别涉及一种测量膜基结构中金属膜的厚度的方法。

背景技术

基板与金属膜复合的叠层式膜基结构在工业生产领域，特别是以半导体制造为代表的电子电气领域有着日益广泛的应用，例如太阳能电池板、LED、半导体晶圆的制造领域等等。

如中国发明专利公开CN102520249A所述：“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”。

现有技术难以简单快速测量膜基结构的基板厚度及其金属膜的厚度和电导率中的至少两个参数，一般需要进行多次测量才能得到这一系列参数，无法满足快速实时响应的需求。例如但不局限于，现有的基于太赫兹波进行的膜基结构中的金属膜的测量一般需要先对另一件与膜基结构的基板相同的单一的基板的厚度进行测量作为参考，然后再利用太赫兹波对膜基结构中的金属膜进行厚度测量，这样做面临的问题包括：用作参考的基板的厚度与膜基结构中基板的厚度实际上存在差异并且会影响对金属膜厚度、电导率等的测量。

在本申请中，膜基结构一般泛指在基底材料上形成一层薄膜的复合材料，其中的薄膜可通过气相沉积等化学或物理方法形成于基板表面，并且所述薄膜的厚度一般远低于所述基底，所述基底材料可以是诸如单晶硅等材料，所述薄膜可以由金属材料形成。

发明内容

本发明实施例提供了一种测量膜基结构中金属膜的厚度的方法，旨在一定程度上至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

本发明实施例的第一方面提供了1.一种测量膜基结构中金属膜的电导率的方法，包括：测量太赫兹波穿过所述膜基结构或其基板的厚度的空气以得到参考频域信号；沿所述基板的厚度方向朝其表面的发射水平偏振的太赫兹波使其从所述金属膜一侧垂直入射所述膜基结构；接收所述太赫兹波穿过膜基结构后的首波和回波的频域信号；构造穿过空气和所述膜基结构后的太赫兹波的光谱密度函数；对所述首波频域信号和参考频域信号进行比较以得到实验透射系数；所述实验透射系数为太赫兹波频率的函数，将所述太赫兹波的所有频率下的理论透射系数与实验透射系数之间的频域幅值和相位差异累加，得到误差函数；通过Quasi-Newton算法将所述误差函数作为目标函数进行求解以得到所述金属膜的电导率。

进一步，所述方法实施于湿度小于等于1％的测试环境中。

进一步，所述方法实施于温度大于等于19摄氏度且小于等于21摄氏度的测试环境中。

进一步，所述方法实施于温度为20摄氏度的测试环境中。

进一步，所述太赫兹波穿过膜基结构的信号各频率处的最低能量不低于最高能量的20％。