本文介紹電阻法測量金屬薄膜的厚度,并與光干涉法測量的結(jié)果進(jìn)行比較,*實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求,電阻法測金屬膜厚,所用儀器價(jià)廉,操作簡單,此法可廣泛用于學(xué)生鍍膜實(shí)驗(yàn)?zāi)ず竦臏y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,金屬膜厚的測量沒有普遍地開展，下面介紹一種簡單適用的金屬膜厚的測量方法

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、寬、厚分別為L、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

為了測量的方便，講鋁膜鍍在長方形玻璃上，用游標(biāo)卡尺測出鋁膜的長度L和寬度W，用QJ42攜帶式直流雙臂電橋測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)測量金屬膜厚的關(guān)鍵就在于準(zhǔn)確測量金屬膜的電阻，因此要求測量過程中接觸電阻足夠小，與金屬膜電阻相比可以忽略不計(jì)。

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

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

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

表中h_c、h₀分別表示用電阻法和光干涉法測量的膜厚。測量結(jié)果表明,用電阻法測量金屬膜厚與用干涉法測量金屬膜厚獲得了同樣滿意的結(jié)果。電阻法測膜厚*可以滿足近代物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中金屬膜厚的測量要求∋為了減少系統(tǒng)誤差,電阻法測量金屬膜厚需鍍膜兩次∋*次鍍鋁膜待測,第二次鍍銅膜作電極,用干涉顯微鏡測量金屬膜厚，為了能觀察到待測鋁膜厚度產(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