薄膜電阻

薄膜電阻(sheet resistance)，又被稱為方塊電阻、方阻，是具有均勻厚度薄膜電阻的量度，通常被用作評估半導體摻雜的效果。使用這種概念的例子有：半導體的摻雜領域（比如矽或者多晶矽），以及被絲網印刷到薄膜混合微電路基底上的電阻。薄膜電阻的概念與電阻或者電阻率相對，可直接用四端點測量技術測量法（也稱為四點探針測量法）或范德堡法來測量。

薄膜電阻用歐姆每平方（$\Omega /sq$）來計量，可被應用於將薄膜考慮為一個二維實體的二維系統。它與三維系統下所用的電阻率的概念對等。當使用到薄膜電阻一詞的時候，電流必須沿着薄膜平面流動，而非與其垂直。

對於常規三維導體，電阻可寫為

$R=\rho {\frac {L}{A}}=\rho {\frac {L}{Wt}}$

其中$\rho$代表電阻率，$A$代表截面面積而$L$代表長度。截面面積可被分解為寬度$W$和薄膜厚度$t$。

當把電阻率和厚度放到一起時，電阻可被記為

$R={\frac {\rho }{t}}{\frac {L}{W}}=R_{s}{\frac {L}{W}}$

$R_{s}$即為薄膜電阻。因為它被一個無量綱量所乘，所以單位依然是歐姆。而歐姆/平方這一單位被使用是因為它給出了以歐姆為單位的從一個平方區域流向相對平方區域的電阻，無論平方區域的大小如何。對於正方情形，$L=W$。因此，對任意平方大小，有$R=R_{s}$。

檢測方法

四點探針，也被稱為四探針法，是測量薄膜電阻最常用的一種方法。但是隨着被檢測對象的小型化和表面敏感化，例如四探針法這種接觸檢測日益被非接觸式渦流檢測所取代。

非接觸式渦流檢測法，它是感應測量中的一種檢測手段。原理是測量由渦流產生的屏蔽效果。例如，將待測導電薄膜或者塗層放置在兩個線圈之間。另外，這種非接觸式薄膜電阻的測量方法也可以測量被非導電膜封裝的導電塗層或者薄膜 ，有效避免了四探針等接觸式測量的局限性。由於電子設備的小型化以及高精密程度，非接觸式檢測逐漸成為不破壞、不污染樣品的首選檢測手段。

應用

薄膜電阻的應用廣泛，對於任一面積遠大於厚度的情形，比如薄膜物理或者半導體產業中，常有納米級厚度的薄膜被沉積到晶片上，如果關心這些薄膜的電阻阻值大小時，就需使用薄膜電阻這一概念。例如，在發光二極管的製造中，二極管PN結上作為電極而沉積的金屬的阻值很大程度影響了發光二極管的發光效率，因此需要最小化金屬半導體的接觸電阻，利用前面提到的四探針測量法以及傳輸線模型測量法，即可確定接觸電阻的大小和金屬下方半導體層的薄膜電阻阻值。

薄膜電阻和厚膜電阻的最大區別是：

1. 膜厚的區別，厚膜電路的膜厚一般大於10μm，薄膜的膜厚小於10μm，大多處於小於1μm；
2. 製造工藝的區別，厚膜電路一般採用絲網印刷工藝，薄膜電阻採用的是真空蒸發、磁控濺射等工藝方法。
3. 厚膜電阻和薄膜電阻在材料和工藝上的區別直接導致了兩種電阻在性能上的差異。厚膜電阻一般精度較差，10%，5%，1%是常見精度，而薄膜電阻則可以做到0.01%萬分之一精度，0.1%千分之一精度等。 同時厚膜電阻的溫度係數上很難控制，一般較大，同樣的，薄膜電阻則可以做到非常低的溫度係數，這樣電阻阻值隨溫度變化非常小，阻值穩定可靠。所以薄膜電阻常用於各類儀器儀表，醫療器械，電源，電力設備，電子數碼產品等。
4. 片電阻值的測量是很常見的方法,去分析均勻性導電或半導體性coatings和材料，例如，品質驗證。典型的應用包括線上測量金屬膜，TCO，導電奈米材料或建築玻璃coating，晶片導電性,平板顯示器，薄膜聚合物，OLED，陶瓷材料。
5. 接觸式四點探針通常被應用於單點測量硬或粗糙的材料。非接觸式-渦流系統常用在於導電性高或包封塗層，內部coating的測量,和用於高解像度的mapping。

參考資料

• Van Zant, Peter. Microchip Fabrication. New York: McGraw-Hill. 2000: 431-2. ISBN 978-0-07-135636-7.