导电薄膜电阻测量技术的可靠性研究

　　随着溅射技术、靶材技术的发展深入和成熟，使以氧化铟锡透明导电玻璃（ITO玻璃）为代表的导电薄膜材料的制造和应用越来越广泛。ITO玻璃目前是与液晶显示等平面显示技术配套的关键组件。从1987年起至今，ITO玻璃的制造在国内已有二十年的历史。产品已广泛用于电子手表、计算器、游戏机、移动电话、电脑显示器、平面电视等消费类产品，以及各种光电仪器设备和科学实验中的透明导电电极等。现在，国内已有ITO玻璃生产企业的单位年生产能力由60万片提高到了2000万片。产品也从TN型ITO玻璃，延伸到STN型、触摸屏、彩色滤光片……众多品种。

1、导电薄膜材料的检测参数

　　面对越来越大量的导电薄膜材料的生产造，如何保证产品的质量？除了要求生产企业的生产线稳定性不断提高，检测技术在此也提供了强有力的支撑作用。

　　ITO玻璃的产品质量检测包括以下几个方面：尺寸、方块电阻、蚀刻性能、ITO膜层耐碱性、光电性能和可靠性等。除尺寸方面的检测仅与玻璃原片有关外，其余几个方面都与ITO玻璃生产的工艺过程有关。由于国内大多数ITO 玻璃生产企业自己不生产玻璃原片，所以与生产企业有关的ITO 玻璃产品质量参数就是：方块电阻、蚀刻性能、ITO膜层耐碱性、光电性能和可靠性等。以上几个参数是由ITO 玻璃生产的工艺过程所确定，同时各个参数之间也存在必然的关联。可以说，这几个参数中的每一个，都可以是以其余参数为变量的函数。事实上，在生产线的技术条件稳定，靶材选择固定的条件下，检测以上几个参数的任意一个，其结果都有代表性的意义。所以，我们选取方块电阻作为经常性检测的参数。因为对方块电阻的检测操作最简便，检测成本最低，并且瞬间就可以得到检测结果。

2、薄膜电阻的测量原理

　　薄膜的膜层电阻通常以方块电阻（或面电阻、薄层电阻）来表示。按照电阻定律：

R = ρ × L/S （1）

　　式中R 代表样品电阻，ρ 代表样品电阻率，L代表电流方向上的样品长度，S 代表样品垂直于电流方向上的截面积。

图1 膜层电阻

　　可以得出膜层电阻的测量原理如下：如图1所示，G表示玻璃原片；ITO表示被溅射在玻璃原片上的氧化铟锡膜层；D表示膜层的厚度；I表示平行于玻璃原片表面而流经膜层的电流；L1表示在电流方向上被测膜层的长度；L2表示垂直于电流方向上被测膜层的长度。根据式（1），则膜层电阻R为：

R = ρ×L1/（L2×D） （2）

　　式中ρ 为膜层材料的电阻率。当（2） 式中L1=L2时，定义这时的膜层电阻R 为膜层的方块电阻R□：

R□ = ρ/D（单位：Ω/□） （3）

　　它表示膜层的方块电阻值仅与膜层材料本身和膜层的厚度有关，而与膜层的表面积大小无关。这样，任意面积的膜层电阻R 的计算，由式（2）和式（3）得出：

R=R□（L1/L2） （单位Ω） （4）

　　目前在实际的测量中，通常测量的是膜层的方块电阻。在线检测的仪器基本上采用“直排四探针”方法对膜层的方块电阻进行测量。原理如图2 所示。图中1、2、3、4 表示四根探针；S表示探针间距；I表示从探针1流入、从探针4流出的电流（单位：mA）；△V表示探针2、3间的电位差(单位：mV)。

图2、方块电阻的测量

　　此时，膜层的方块电阻R□可表示为：

R□= 4.53×△V／I（单位：Ω/□）（5）

　　由上式可见，只要在测量时给样品输入适当的电流I，并测出相应的电位差△V，即可得出膜层的方块电阻值。

3、问题的提出

　　实际上，在ITO玻璃的生产过程中，检测最多的参数是ITO玻璃的方块电阻。根据在不同岗位的检测需要，生产企业分别使用手提式和台式这两种方块电阻测仪。而手提式方块电阻测试仪相对使用较多。