本文介紹電阻法測(cè)量金屬薄膜的厚度,并與光干涉法測(cè)量的結(jié)果進(jìn)行比較,*實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求,電阻法測(cè)金屬膜厚,所用儀器價(jià)廉,操作簡(jiǎn)單,此法可廣泛用于學(xué)生鍍膜實(shí)驗(yàn)?zāi)ず竦臏y(cè)量。

真空鍍膜技術(shù)不斷提高,金屬膜己在光學(xué)薄膜技術(shù),半導(dǎo)體器件中得到了廣泛的應(yīng)用7真空鍍膜技術(shù)是近代物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基本實(shí)驗(yàn)之一,由于條件限制,金屬膜厚的測(cè)量沒(méi)有普遍地開展，下面介紹一種簡(jiǎn)單適用的金屬膜厚的測(cè)量方法

實(shí)驗(yàn)原理

實(shí)驗(yàn)表明,導(dǎo)體的電阻與其材料的幾何形狀及溫度有關(guān),對(duì)于由一定材料制成的橫截面均勻的導(dǎo)體,其電阻由下式?jīng)Q定：

R=l/S

式中l(wèi)是導(dǎo)體的長(zhǎng)度,)是導(dǎo)體的橫截面積,s是由導(dǎo)體的材料及溫度決定的電阻率。當(dāng)溫度不太低,溫度變化范圍不大時(shí),純金屬的電阻率與溫度之間近似地存在如下線性關(guān)系

ρ=ρ₀（1+αt）

其中ρ和ρ_{0表示t℃和0℃時(shí)的電阻率，α是電阻溫度系數(shù)，這個(gè)α取決于材料的種類，ρ0和α可查表得出。}

如上圖，設(shè)已鍍鋁金屬膜的長(zhǎng)、寬、厚分別為L(zhǎng)、W和H，由上述公式可以計(jì)算鋁金屬膜電阻：

R=ρ(L/W×H）

而鋁金屬的厚度為：

H=ρ(L/W×R)

這樣的話知道了鋁膜的長(zhǎng)度L、寬度W以及電阻R和電阻率ρ，也就可以根據(jù)上述公式算出鋁膜的厚度H。

實(shí)驗(yàn)方法

為了測(cè)量的方便，講鋁膜鍍?cè)陂L(zhǎng)方形玻璃上，用游標(biāo)卡尺測(cè)出鋁膜的長(zhǎng)度L和寬度W，用QJ42攜帶式直流雙臂電橋測(cè)出室溫下鋁金屬膜的電阻R。查表得出金屬鋁的ρ₀=2.5×10^-8Ωm，α=4.7×10^-3℃^-1，通過(guò)公式計(jì)算出室溫下的ρ值，將L、W、R和ρ帶入（3）式，可計(jì)算室溫下的鋁金屬膜的厚度H。

電阻發(fā)測(cè)量金屬膜厚的關(guān)鍵就在于準(zhǔn)確測(cè)量金屬膜的電阻，因此要求測(cè)量過(guò)程中接觸電阻足夠小，與金屬膜電阻相比可以忽略不計(jì)。

在已鍍好鋁膜的長(zhǎng)方形玻璃片上，將待測(cè)鋁膜部分用金屬箔保護(hù)起來(lái),在未保護(hù)的鋁膜上再鍍一層較厚的銅膜作測(cè)量電極,安好引線,拆除保護(hù)的金屬箔就可以進(jìn)行電阻測(cè)量。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

薄膜厚度的測(cè)量常采用干涉顯微鏡.為了說(shuō)明電阻法測(cè)金屬膜厚的可靠性,我們用光干涉法和電阻法對(duì)同一次鍍的膜進(jìn)行了厚度的測(cè)量,測(cè)量結(jié)果如下：

表中h_c、h₀分別表示用電阻法和光干涉法測(cè)量的膜厚。測(cè)量結(jié)果表明,用電阻法測(cè)量金屬膜厚與用干涉法測(cè)量金屬膜厚獲得了同樣滿意的結(jié)果。電阻法測(cè)膜厚*可以滿足近代物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中金屬膜厚的測(cè)量要求∋為了減少系統(tǒng)誤差,電阻法測(cè)量金屬膜厚需鍍膜兩次∋*次鍍鋁膜待測(cè),第二次鍍銅膜作電極,用干涉顯微鏡測(cè)量金屬膜厚，為了能觀察到待測(cè)鋁膜厚度產(chǎn)生的干涉條紋,同樣要進(jìn)行兩次鍍膜，兩種測(cè)量方法比較,電阻法側(cè)膜厚所用QJ42攜帶式直流雙臂電橋是實(shí)驗(yàn)室的通用儀器,操作簡(jiǎn)單，易于調(diào)節(jié),讀數(shù)方便,價(jià)格低廉,它僅是干涉顯微鏡價(jià)值的十三分之一因此,電阻法測(cè)金屬膜厚可以在有關(guān)高等院校大力推廣。

作者：華中師大物理系 方治元

出處：《物理實(shí)驗(yàn)》第8卷 第5期