材料表面薄膜技术.doc

材料表面薄膜技术：杨烈宇。P253-260
Piezoresistance and electrical resistivity of Pd, Au, and Cu films:电子隧道效应与表面粗糙度对薄膜电阻的影响。
mean free path and effective density of conduction electeons in polycrystalline metal filmsd电子自由程对多晶金属电阻率的影响。
The electrical conductivity of thin metal films with very smooth surfaces具有光滑表面的金属薄膜的电导率
（1）金属薄膜电阻率与表面粗糙度、残余应力的关系
唐武1，邓龙江1，徐可为2，Jian Lu3
(1．电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室，四川成都)
(2．西安交通大学，陕西西安)
薄膜表面的粗糙度可通过原子力显微镜测量，残余应力采用光学干涉的方法测定。
电阻率与表面粗糙度的关系：
随着表面粗糙度的增加薄膜 的电阻率一直在增加，
有关薄膜表面散射对薄膜电导的影响，
已经有很多人作过研究，目前认为比较符合实际情况
的是法奇斯(Fuchs)．桑德海默尔(Sondheimer)理论。由
桑德海默尔推导的薄膜电阻率的表达式很繁，当t>2
时，在应用上可取近似表达式：
一般的金属电子自由程大概为
在50℃时大概20-30，镍镉或者康铜，当厚度T=10，即厚度为300nm时，根据上式计算得：
反射所占比例为P，漫反射所占比例为（1-P），对于同样的薄膜，改善表面光滑程度，可以使薄膜电阻率降低。
表面高低起伏越大，粗糙度值就越大，电子与之碰撞的几率就越多，在电场方向降低的传输速度就加快，导致薄膜电导率下降，相应电阻率升高。也就是说，表面粗糙度越大，薄膜电阻率将增大
Burnett[12】等人对溅射Cu膜研究
发现，随残余拉应力增加，薄膜电阻率增大；
研究认为，电阻率与残余应力之间的这种对应关
系，可能和薄膜的晶体取向有关。从前期研究中已经
知道，对面心立方金属，薄膜残余应力与晶体取向有
内在的联系【16l。薄膜残余拉应力随(111)取向增强而增
大。薄膜中电阻率的产生与电子．晶格、电子．杂质、
电子．晶界、电子一表面的碰撞有关，这就必然会涉及
到晶界、晶格和表面的状态。对应于表面能，密排面
(111)对应的表面能最小；对应于应变能，(111)取向的
晶粒中应变能密度最大。也就是说，随着残余拉应力
的增加，薄膜(111)取向呈增强的态势。此时，薄膜中
应变能集聚越多，导致晶粒变形越厉害，晶界扭曲程
度增加，晶界对电子造成的散射就会越显著，薄膜电
阻率相应增大。Tseng[171等人对Al和W膜的研究进一
步证实了上述结果。
（2）陶瓷基体表面粗糙度对