平成 20 年度電子情報通信学会東京支部学生会研究発表会 講演番号:120 四探針法による導電性薄膜の抵抗率測定 Resistivity measurements for conducting thin films by four-point probe method 井坂 大智 Daichi ISAKA 若松 孝 Takasi WAKAMATSU 2 面抵抗ρs[Ω /cm ] 電流源 茨城工業高等専門学校 電気電子システム工学科 Department of Electrical and Electronic Systems Engineering, Ibaraki National College of Technology 1. はじめに A 金属薄膜やインジウム-スズ酸化物(ITO)のような導電性薄膜は、 V 太陽電池、液晶、有機 EL ディスプレイ等に用いられている。こ れらの抵抗率測定では、四探針法による測定が用いられる。薄膜 抵抗率の測定器は市販されているが、汎用的に使用されることが 多く、低抵抗の導電性薄膜の精密な抵抗値測定が難しい場合があ る。そこで、本研究では、面抵抗 102[Ω/cm2]以下の導電性薄膜 s を対象に抵抗率測定を行い、測定における問題点等を検討した。 A B C D 2. 直流四探針法による抵抗率測定 四探針法は、図 1 に示すように、試料に 4 本の針状電極を一 図 1 直流四探針法測定回路 直線上に置き、両外側の探針 A,D 間に一定の電流 I を流し、内 側の探針 B,C 間に生じる電位差 V を測定し、抵抗 R を測定する。 9.0 近似値 二点間の電位を求めるポアソン方程式を解くことにより得られる 補正値 8.0 補正係数を F、試料の厚さを t[m]とし、探針間距離に比べ試料 サイズが十分大きい場合、F=π/ln2=4.532 と近似できる。体積 7.0 抵抗率ρ[Ω・cm]と面抵抗ρs[Ω/cm2]は次式により算出する -120- 6.0 5.0 10 20 30 40 測定位置[mm] 50 60 25mm 0 図2 8.0 面抵抗 ρs[Ω/cm2] 今回の測定では、探針に先端半径 30µm のタングステン針を 用い、探針間に 30[mA]程度まで電流を変化させ I-V 特性から R を求めた。 3. 測定結果 (1) 測定位置と面抵抗値 試料サイズ 25×65mm のガラス上に形成された ITO 膜に対し て、探針を置く測定位置を変えたときに、F=4.532 として近似 した場合と、試料サイズと測定位置を考慮して F を算出した場 合の面抵抗値を比較した。図 2 に示すように、近似値では試料 端に近づくほど、面抵抗は増加する。試料サイズと測定位置を考 慮した場合には、試料端においても正確な値を示した。 (2) 探針間距離と面抵抗値 (1)と同じ試料を用い、試料中心に探針を置き、探針間距離 s が 0.5mm から 3.0mm の範囲で抵抗値を測定し、(1)同様に比較 を行った。この場合も F を各々の測定条件について求めた場合 は探針間距離に依存せず、正確な値を示すことが分かる。 (3)Ag 蒸着膜の膜厚と面抵抗値 真空蒸着法で作製した膜厚の異なる Ag 薄膜の面抵抗を測定し、 バルク時の抵抗値との比較を行った。測定は Ag のバルクの体積 抵抗率 1.59×10-8[Ω・m](文献値)と比較を行った。膜厚が小さい ほど、面抵抗はバルクよりも大きな値を示した。 4. まとめ 導電性薄膜の抵抗率は、補正係数 F を正確に求めれば、測定 条件が異なっても正確な抵抗値を求められる。しかし、実際の抵 抗率測定には、探針間距離をできるだけ小さくし、試料の中心付 近で測定することが望ましい。 65mm 測定位置と面抵抗値 近似値 補正後 7.8 7.6 7.4 7.2 7.0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 探針間距離s[mm] 図3 探針間距離と面抵抗値 3.0 面抵抗 ρs[Ω/cm2] ρ = F ⋅ t ⋅ R = ρs ⋅ t 3.5 測定値 バルク値 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 0 10 20 30 40 50 60 膜厚t[nm] 70 80 90 図4 Ag蒸着膜の面抵抗値変化 Copyright © 2009 IEICE
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