7. Провідність суцільних плівок

Негативні температурні коефіцієнти для острівцевих плівок обумовлені енергією, необхідною для подолання відстані між острівцями. Однак негативні температурні коефіцієнти зазвичай проявляються і в металевих суцільних плівках товщиною і в кілька тисяч ангстрем. Негативні температурні коефіцієнти не проявляються в суцільних плівках доти поки значно не проявляються домішки. Чим більше відхилення питомого опору плівки від об'ємного опору, тим більше негативний температурний коефіцієнт. Це пояснюється гетерними властивостями металів при їх осадженні та міграцією домішок до кордонів зерен, крім того, добре відомо, що дифузія по межах зерен протікає на кілька порядків швидше, ніж по всьому об'єму плівки, тому з часом може мати місце забруднення кордонів зерен з атмосфери або інших зовнішніх джерел.

Експерименти показали, що за рахунок зміни вмісту домішки в шарах металу в ході формування плівки внаслідок зменшення концентрації залишкових газів у вакуумній камері, тобто коли спочатку росте «брудна» плівка з великим негативним температурним коефіцієнтом опору, а потім відносно чиста з позитивним температурним коефіцієнтом опору, то при певній товщині ТКС плівки буде дорівнює нулю, що вельми важливо при виготовленні плівкових резисторів.

Вплив окислення по межам зерен було детально вивчено на прикладі танталу. Плівки, отримані методом катодного розпилення в відносно чистих умовах (подача на підкладку негативного потенціалу в значній мірі пригнічує поглинаючу здатність), при термообробці в вакуумі ( ) лише незначно збільшували питомий опір. При нагріванні на повітрі їх питомий опір збільшувався більш ніж в 2 рази. Для аналогічних плівок, осаджених в атмосфері, що містить 0,1 % кисню, термообробка і в вакуумі і на повітрі призводить до значного росту опору. ТКС при цьому змінювався вельми характерним чином (рисунок 1.2.7.1), що підтверджує вплив границь зерен на механізм провідності.

Рисунок 1.2.7.1 – Залежність ТКС танталових плівок від термообробки на повітрі при

8. Високочастотні характеристики тонких плівок

Негативні ТКС плівок визначаються їх зернистістю, тобто плівка електрично еквівалентна ланцюжку конденсаторів, тому її повний опір на змінному струмі менше, ніж на постійному і різниця тим більше, чим менше температура (рисунок 1.2.8.1).

Рисунок 1.2.8.1 – Залежність опору на постійному і змінному з частотою струмі переривчастою плівки платини від температури

Аналогічні закономірності спостерігаються і для суцільних плівок з окисленими межами зерен. У всіх випадках на високочастотну провідність впливає очевидно не тільки «міжзернова» ємність, а й розподілена ємність плівки, ємність на одиницю довжини плівки має величину .

2. Особливості методів контролю товщини напилення тонких плівок

1. Механічні методи

Механічні методи вимірювання товщин засновані на порівнянні товщини шару з прокаліброваним масштабом довжин, чим забезпечується безпосереднє вимірювання геометричної товщини шару, в зв'язку з чим зміна різних властивостей тонких плівок в залежності від їх товщини не має в даному випадку ніякого значення. До недоліків механічних методів слід віднести часткове руйнування плівки внаслідок впровадження в неї вимірювального елемента (щупа). Механічні методи дозволяють вимірювати товщини від кількох мікрон до сотих часток мікрона.

Найпростішим видом механічного методу є вимірювання товщини шару за допомогою щупа, зсув якого збільшується за допомогою механічного пристосування-клина. На клин накладається однорідна по товщині плівка, після чого на нього насувається жорсткий калібр. Точність методу залежить від якості обробки площини клина. Методом клина можна вимірювати товщини близько 1 мікрона і більше.

Товщиномір по Аббе також має щуп, який стосується вимірюваної плівки, причому тиск щупа на плівку зменшується відповідною противагою[2].

Для отримання збільшеного зміщення щупа використовується мікроскоп з окулярним мікрометром, який має 50-кратне збільшення, що дозволяє відлічувати зсув до 0,01 мкм. Для збільшення чутливості таких приладів використовується поєднання мікрометра з методом світлової стрілки.

Різновидом механічного методу є перетворення поступального руху голки, обертається мотором, в електричний сигнал, пропорційний щільності речовини плівки. За допомогою цього методу можна оцінити шорсткість підкладки з точністю ± 100 Å і виміряти товщину плівки від 200 до 3000 Å з тією ж точністю. Прилад з голкою монтується на столі за допомогою гумових прокладок для ослаблення чутливості до вібрацій.

Зразки плівок, нанесених на підкладку у вигляді сходинки, закріплюються на мікроскопічному столику з лінійним верньєром і мотором для обертання голки.

Голка являє собою чотиристоронній пірамідальний алмазний наконечник, що має радіус закруглення 2,5 мкм. На голку впливає навантаження менше 0,1 г. Голка може переміщатися по плівці з різними швидкостями. Механічний рух голки перетворюється в електричний сигнал, який потім підсилюється і фіксується за допомогою самописця. Голка, ковзаючи по плівці, залишає на ній слід, глибина якого пропорційна щільності речовини плівки. При одному і тому ж вазі товщина плівки обернено пропорційна її щільності. Глибина сліду, який залишає голка на плівці, визначається щільністю останньої. Чим більше щільність плівки, тим менш глибокий слід залишає на ній голка. Прилад може бути прокалібрувати трьома методами: зважуванням, інтерференційним методом і методом, заснованим на використанні рентгенівських променів.

Перевагою механічних методів є їх простота і висока точність. До недоліків слід віднести неможливість виміряти товщину плівки в процесі напилювання, а також те, що можна вимірювати товщини тільки тих матеріалів, які не деформуються при тиску на них голки.