Опір тонких металевих плівок
Металеві плівки широко використовуються в мікроелектроніці в якості межсоединений, контактних майданчиків, обкладок конденсаторів, магнітних і резистивних елементів ІМС. Електричні властивості тонких плівок металів і сплавів можуть відрізнятися від властивостей об'ємних зразків вихідних матеріалів. Причинами цього є: більш дрібнозерниста структура плівки і більш висока концентрація дефектів, а також прояв розмірних ефектів, коли при товщині плівки d сумірною з середньою довжиною вільного пробігу електронів lср, зростає роль поверхневих процесів по порівняно з об'ємними.
У більшості плівок у функціональній залежності r (d) спостерігається три різні області.
Область I, відповідна малій товщині порядку 10-3 мкм, характеризується дуже високим питомим опором і негативним ar. Плівки мають островковую структуру. За наявності електричного поля в результаті термоелектричної емісії та тунелювання електрони переходять через діелектричні зазори між сусідніми острівцями. З зростанням температури полегшується перехід електронів і падає поверхневе опір провідників. Ці причини і обумовлюють негативний ar. При збільшенні кількості обложеного металу величина зазору між острівцями зменшується, провідність плівок зростає, модуль ВЅ ar ВЅ зменшується, а потім він змінює знак. Це відбувається при товщині плівки кілька нм.
Область II включає діапазон зміни d від 10-1 до 10-2 мкм. Відбувається злиття острівців, освіта які проводять ланцюжків і каналів, а потім - суцільного однорідного шару. Але в суцільний плівці присутня висока концентрація дефектів - вакансій, дислокацій, границь зерен, домішок залишкових газів, що зменшує lср і збільшує питомий опір плівки rs в порівнянні з r об'ємного зразка.
Область III характеризує властивості плівок товщиною більше 10-1 мкм, тут також rs> r. p> Використовуючи правило Маттісена можна записати:
rs = rмз + Rпр + rр
де rмз - характеризує розсіяння в товщині зерна, rмз = r;
Rпр - характеризує розсіяння в прошарку між зернами;
rр - характеризує розсіяння електронів на поверхні плівки.
З зростанням температури величина rмз збільшується, (ar> 0), Rпр зменшується за експоненціальним законом (arпр <0), а значення rр не залежить від температури. Змінюючи технологічні режими нанесення плівок, можна змінювати величину температурного коефіцієнта опору.
Вважаючи, що процеси розсіювання в об'ємі і на поверхні плівки статистично незалежні, для довжини вільного пробігу електронів справедливо вираз:
1/ls = 1/lср + 1/ls
де lср і ls - довжина вільного пробігу при розсіянні в обсязі і на поверхні.
Наближено вважаючи ls = d, отримаємо:
rd = r (1 + lср/d).
Довжина вільного пробігу обмежується лише непружними зіткненнями з поверхнею плівки. Структура плівок при їх виготовленні залежить від багатьох факторів, і плівки одн...
