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电阻法测量金属薄膜厚度

本文介绍电阻法测量金属薄膜的厚度,并与光干涉法测量的结果进行比较,完全满足实验教学的要求,电阻法测金属膜厚,所用仪器价廉,操作简单,此法可广泛用于学生镀膜实验膜厚的测量。

真空镀膜技术不断提高,金属膜己在光学薄膜技术,半导体器件中得到了广泛的应用7真空镀膜技术是近代物理实验教学的基本实验之一,由于条件限制,金属膜厚的测量没有普遍地开展,下面介绍一种简单适用的金属膜厚的测量方法

 

实验原理

实验表明,导体的电阻与其材料的几何形状及温度有关,对于由一定材料制成的横截面均匀的导体,其电阻由下式决定:

R=l/S

式中l是导体的长度,)是导体的横截面积,s是由导体的材料及温度决定的电阻率。当温度不太低,温度变化范围不大时,纯金属的电阻率与温度之间近似地存在如下线性关系

ρ=ρ0(1+αt)

其中ρ和ρ0表示t℃和0℃时的电阻率,α是电阻温度系数,这个α取决于材料的种类,ρ0和α可查表得出。

blob.png

如上图,设已镀铝金属膜的长、宽、厚分别为L、W和H,由上述公式可以计算铝金属膜电阻:

R=ρ(L/W×H)

而铝金属的厚度为:

H=ρ(L/W×R)

这样的话知道了铝膜的长度L、宽度W以及电阻R和电阻率ρ,也就可以根据上述公式算出铝膜的厚度H。

 

实验方法

为了测量的方便,讲铝膜镀在长方形玻璃上,用游标卡尺测出铝膜的长度L和宽度W,用QJ42携带式直流双臂电桥测出室温下铝金属膜的电阻R。查表得出金属铝的ρ0=2.5×10-8Ωm,α=4.7×10-3-1,通过公式计算出室温下的ρ值,将L、W、R和ρ带入(3)式,可计算室温下的铝金属膜的厚度H。

电阻发测量金属膜厚的关键就在于准确测量金属膜的电阻,因此要求测量过程中接触电阻足够小,与金属膜电阻相比可以忽略不计。

在已镀好铝膜的长方形玻璃片上,将待测铝膜部分用金属箔保护起来,在未保护的铝膜上再镀一层较厚的铜膜作测量电极,安好引线,拆除保护的金属箔就可以进行电阻测量。

 

实验结果

薄膜厚度的测量常采用干涉显微镜.为了说明电阻法测金属膜厚的可靠性,我们用光干涉法和电阻法对同一次镀的膜进行了厚度的测量,测量结果如下:

blob.png

表中hc、h0分别表示用电阻法和光干涉法测量的膜厚。测量结果表明,用电阻法测量金属膜厚与用干涉法测量金属膜厚获得了同样满意的结果。电阻法测膜厚完全可以满足近代物理实验教学中金属膜厚的测量要求∋为了减少系统误差,电阻法测量金属膜厚需镀膜两次∋*次镀铝膜待测,第二次镀铜膜作电极,用干涉显微镜测量金属膜厚,为了能观察到待测铝膜厚度产生的干涉条纹,同样要进行两次镀膜,两种测量方法比较,电阻法侧膜厚所用QJ42携带式直流双臂电桥是实验室的通用仪器,操作简单,易于调节,读数方便,价格低廉,它仅是干涉显微镜价值的十三分之一因此,电阻法测金属膜厚可以在有关高等院校大力推广。

 

作者:华中师大物理系 方治元

出处:《物理实验》第8卷 第5期

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