电子科技大学：《薄膜材料与技术 Thin Film Material and Technology》课程教学资源（课件讲稿）第四章 金属薄膜的电导

第四章金属薄膜的电导 要点： 。岛状薄膜的电导 。外因对岛状薄膜电导的影响 。网状薄膜的电导 。连续薄膜的电导 。外因对连续薄膜电导的影响

第四章 金属薄膜的电导 要点： 连续薄膜的电导 岛状薄膜的电导 外因对岛状薄膜电导的影响 网状薄膜的电导 外因对连续薄膜电导的影响

第四章金属薄膜的电导 。导体、半导体和电介质的划分： 1.能带结构上的区别 导带 E禁带 价带 (a)电介质/ (b)半导体 (c)导体 绝缘体 电介质：能级的基态被占满，基态与第一激发态间的禁带很 宽，导致电子从正常态激发到导带所需的能量，足 以使电介质受到破坏

1. 能带结构上的区别 电介质：能级的基态被占满，基态与第一激发态间的禁带很 宽，导致电子从正常态激发到导带所需的能量，足 以使电介质受到破坏。 （a）电介质/ 绝缘体 （b）半导体 （c）导体 E 价带 导带 Eg禁带 第四章 金属薄膜的电导 导体、半导体和电介质的划分：

第四章金属薄膜的电导 2.电阻率p的范围： 导体：<104Ωcm 半导体：104~108m 电介质：108~10162m(或更高) 3.载流子：导体的载流子为电子； 半导体的载流子为电子或空穴； 电介质的载流子为离子或电子

2. 电阻率V的范围： 导体：<10-4  ·cm 半导体：10-4 ~108  ·m 电介质：108~1016  ·m（或更高） 第四章 金属薄膜的电导 3. 载流子：导体的载流子为电子； 半导体的载流子为电子或空穴； 电介质的载流子为离子或电子

第四章金属薄膜的电导 4.电阻率pv~T的关系： 同一种物质由于外界条件或所受电场的作用 不同，可以是导体或介质。 Example: Dielectrics Conductor 通常意义上称为介质的材料（如玻璃、晶体 等)，在温度足够高时，→ 导体； Semi- 高温下的气态金属→介质； T(k) 许多介质在足够高的电场下→导体

4.电阻率V ～T的关系： T(k) Dielectrics Conductor Semi- V( m) 第四章 金属薄膜的电导 同一种物质由于外界条件或所受电场的作用 不同，可以是导体或介质。 通常意义上称为介质的材料（如玻璃、晶体 等），在温度足够高时， 导体； 高温下的气态金属 介质； 许多介质在足够高的电场下 导体。 Example:

第四章金属薄膜的电导 意义 金属薄膜在电子学领域中应用最为广泛。例如，半导 体器件的电极、各种集成电路中的导线和电极、电阻器、 电容器、超导器件、敏感元件和光纤通信用元器件等。 金属薄膜的最重要性质是它的电导。其电导的大小和性质取 决于薄膜的结构和厚度，而这两者在很大程度上取决于成膜 工艺

金属薄膜在电子学领域中应用最为广泛。例如，半导 体器件的电极、各种集成电路中的导线和电极、电阻器、 电容器、超导器件、敏感元件和光纤通信用元器件等。 金属薄膜的最重要性质是它的电导。其电导的大小和性质取 决于薄膜的结构和厚度，而这两者在很大程度上取决于成膜 工艺。 意义 第四章 金属薄膜的电导

第四章金属薄膜的电导 表4-1金属材料的电阻率 材料名称 材料温度及结构状态 电阻来源 电阻率 温度系数 p TCR 晶 0K,理想晶格 无 D 一 单 晶 >0区，晶格振动 声子散射 很小 很大 块 材 单 晶 >0区，晶格中含杂质 声子和杂质散射 增大 减小 单 晶 >0K,晶体中再含缺陷 再加缺陷散射 再增大 再减小 多 晶 >0区，晶体中再含晶界 又加晶界散射 文增大 又减小 连续膜 >0K,最体一维变小 再加表面散射 再增大 再成小 薄膜（多晶） 网状膜 丝状膜 >0区，晶体近于只有一维连续 再加细丝周界散射 再增大 再减小 接触膜 >0区，晶体近于全不连续 再加接触散射 又增大 返于零 岛状膜 >0K,晶体完全不连续 电子隧道 很大 负值 对于同一种金属，薄膜的电阻率不但大于块状材料，而且 引起附加电阻的物理机制也多于块材

第四章 金属薄膜的电导 表4-1 金属材料的电阻率 对于同一种金属，薄膜的电阻率不但大于块状材料，而且 引起附加电阻的物理机制也多于块材

4.1岛次薄膜的电导 岛状金属膜一般是指厚度为几十埃完全由孤立小岛形成的薄膜。 Example:非常薄的膜如右图； 16 铂薄膜 金属-陶瓷薄膜Cr-SiO膜 平均厚度1nm 12 8 4 0 2 3 4 5 6 图4-1岛状薄膜的结构示意图 nm 图4-21为岛状薄膜内小岛尺寸的统计分布 2是岛间距的统计分布

4.1 岛状薄膜的电导 图4-1 岛状薄膜的结构示意图 0 1 2 3 4 5 6 7 0 4 8 12 16 数目（ 任意标 度） nm 铂薄膜 平均厚度1nm 2 1 图4-2 1为岛状薄膜内小岛尺寸的统计分布 2是岛间距的统计分布 岛状金属膜一般是指厚度为几十埃完全由孤立小岛形成的薄膜。 Example: 非常薄的膜如右图； 金属-陶瓷薄膜Cr-SiO膜

4.1岛状薄膜的电导 岛状薄膜导电性质的特点： ① 电阻率非常大； ② 电阻率温度系数为负值（刚性基板）； ③ 在低电场时呈现欧姆性质导电，在高电场时呈现非欧姆性质导电， 见图4-3； ④ 导电电子激活能较大，随膜厚减小激活能上升； ⑤ 电阻应变系数较大； ⑥ 薄膜沉积后的经时（随时间）变化大； ⑦ 因吸附各种气体，电阻率随温度有可逆和不可逆变化；

4.1 岛状薄膜的电导 ① 电阻率非常大； ② 电阻率温度系数αF为负值（刚性基板）； ③ 在低电场时呈现欧姆性质导电，在高电场时呈现非欧姆性质导电， 见图4-3； ④ 导电电子激活能较大,随膜厚减小激活能上升； ⑤ 电阻应变系数较大； ⑥ 薄膜沉积后的经时（随时间）变化大； ⑦ 因吸附各种气体，电阻率随温度有可逆和不可逆变化； 岛状薄膜导电性质的特点： 0 0 0 0 1 1 R R R TCR R T T R T             

4.1岛次薄膜的电导 岛状薄膜导电性质的特点： 118K 8 ① 电阻率非常大； 7 ×10-12 6 ② 电阻率温度系数为负值； 5 ③在低电场时呈现欧姆性质导电，在 高电场时呈现非欧姆性质导电， 有告 w195K ×10-10 296K ×10-9 0 10 20 FiR(V/cm)12 图4-3镍膜电导的对数与外加场强平方根的关系

118K 195K 296K 1 2 4 5 6 7 8 9 10 电导s 0 10 20 12 10－  10 10－  9 10－     F 1/2(V/cm) 1/2 图4-3 镍膜电导的对数与外加场强平方根的关系 4.1 岛状薄膜的电导 ① 电阻率非常大； ② 电阻率温度系数αF为负值； ③ 在低电场时呈现欧姆性质导电，在 高电场时呈现非欧姆性质导电， 岛状薄膜导电性质的特点：

例 4.1岛状薄膜的电导 F a

4.1 岛状薄膜的电导 F a d