¿Por qué mi curva IV medida para una película de aluminio sugiere una alta resistencia?

Tracé la curva IV entre dos puntos (separados por unas pocas micras) en una película delgada de aluminio.

Esperaba que este metal fuera un conductor y tuviera una resistencia mucho menor, pero la pendiente sugiere que en realidad es de unos 4Ω. ¿Esto tiene sentido? ¿Es esto una limitación del equipo?

Aquí está la trama. El equipo está limitado a 0.1A de corriente.

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¿Qué tan delgada era la película? Por debajo de unas pocas decenas de nanómetros, las películas metálicas tienden a ser reticuladas en lugar de una película continua suave, y esto aumenta su resistencia. ¿Puedes dar los detalles de la geometría? Tal como está, no hay forma de que calculemos la resistividad.
Trajiste un buen punto. La película era de 100 nm, pero no era suave. Fue creado utilizando la evaporación de haz de electrones.
¿Y la geometría que usaste para la medición?
No tengo otras medidas relevantes. Acabo de tocar dos puntos en la película que estaban bastante juntos. Esta película de aluminio se depositó sobre un sustrato de silicio.
Si no tomó ninguna medida con más de 0,1 A de corriente, ¿por qué su gráfico muestra ese rango (por qué la línea llega tan lejos)?
¿Usó una sonda de 4 puntos (la forma correcta de medir la resistencia de la hoja)? Si solo dos sondas, ¿usó el método de 4 cables para medir con precisión la resistividad de solo la película y no los cables al instrumento? ¿Qué tipo de sondas usaste?

Respuestas (3)

Esta no es realmente una respuesta, porque su pregunta no proporciona suficiente información para una respuesta. Sin embargo, explica lo que debe hacer. De hecho, esto es exactamente lo que hice (¡en 1983!) para medir la resistividad de las películas de plata evaporada.

Si tiene la película formada en algún sustrato, debe marcar dos líneas para dejar una pista larga y estrecha como esta:

película metálica

En el diagrama he exagerado el ancho de la pista. La anchura t tiene que ser mucho más pequeño que la longitud d por lo que la pista se aproxima a un alambre delgado.

Ahora varíe la distancia entre los electrodos, d y mida la resistencia. Grafique la resistencia contra d para obtener la resistencia por unidad de longitud. Debe hacer esto porque sus electrodos tendrán cierta resistencia de contacto y, si solo realiza una medición, no podrá separar la resistencia de contacto de la resistencia de la película metálica. Tu gráfico tendrá un valor distinto de cero. y intercepción, y esto le dará el valor de la resistencia de contacto. El gradiente dará la resistencia por unidad de longitud.

Una vez que tenga la resistencia por unidad de longitud, R / ℓ la resistividad viene dada por:

ρ = R ℓ t h

dónde t es el ancho de vía y h es el espesor de la película.

Ahora puede comparar su resistividad medida con la resistividad del aluminio a granel. Las películas de alrededor de una micra o más de espesor deben tener una resistividad similar a la del metal a granel. Sin embargo, las películas más delgadas tendrán una resistividad más alta porque no son continuas sino que contienen vacíos.

En el caso de las películas de plata evaporada, descubrí que la resistividad solo se desvía significativamente del valor general por debajo de los 50 nm, pero esto dependerá de cuánto se recuecen después de golpear la superficie.

Esta respuesta describe muy bien la experimentación adicional necesaria para determinar la resistividad del material. Sin embargo, todavía estoy buscando algunas posibles razones para explicar la causa de la gran resistencia que veo. Entiendo que crear una pista debería ayudar, pero ¿tiene sentido una resistencia tan alta sin una pista?
Tal vez tenías una alta resistencia de contacto. No hay forma de saberlo.

Otra posibilidad es que tenga que romper la película de óxido que todo el aluminio tiene en el aire. El voltaje necesario para hacer eso puede variar considerablemente. Es posible que deba usar electrodos de acero afilados que perforarán el óxido y entrarán en contacto con el metal directamente.

En realidad, no estoy seguro de que deba esperar un valor de resistencia mucho más bajo. Por ejemplo, con una resistividad de aluminio de 2,65x10^(-8) Ohm-m, una muestra con una longitud de 5 micras y un área de sección transversal de 100 nm x 1 micra tiene una resistencia de alrededor de 1,3 ohmios. Por supuesto, puede cuestionar el ancho efectivo bastante arbitrario de la muestra: 1 micrón, pero supongo que este ancho efectivo depende de las dimensiones de sus electrodos, y no las conozco. Permítanme señalar que, por lo que recuerdo, para electrodos muy pequeños, la resistencia entre dos puntos de una película infinitamente ancha y larga puede ser extremadamente alta (infinita, si tiene electrodos puntiagudos).

También me gustaría señalar que la respuesta de Dirk Bruere puede ser relevante. Hace unos meses, intenté medir la resistencia de una varilla delgada (1,6 mm) y larga (1 m) hecha de silicio dopado. La resistencia medida era infinita hasta que coloqué los extremos de las varillas en pinzas, "rompiendo" así la película de óxido en la superficie de las varillas (la resistencia era de unos 5 kOhm).

Trabajo con electrónica de pequeña señal y los problemas causados ​​por las películas de óxido en las piezas de aluminio son a veces un verdadero PITA, tanto que usamos acero inoxidable tanto como sea posible en nuestros instrumentos. Es de especial preocupación cuando las carcasas de aluminio tienen que estar conectadas a tierra. Muy a menudo, un tornillo y un cable de tierra no son lo suficientemente buenos.
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