薄膜物理與技術(shù)：CH4-2-1 薄膜的導(dǎo)電特性

1、CH4-2 薄膜的電學(xué)性質(zhì)Electrical properties of thin films主要內(nèi)容4.2.1 薄膜的導(dǎo)電特性4.2.2 薄膜的介電性4.2.3 鐵電、壓電和熱釋電性能薄膜的電學(xué)性質(zhì)涉及以下：材料的導(dǎo)電特性、介電特性、以及鐵電壓電和熱釋電特性，導(dǎo)電氧化物及半導(dǎo)體薄膜的電導(dǎo)，金屬材料的電導(dǎo)性能。本節(jié)主要內(nèi)容4.2.1.1 電學(xué)的基本知識4.2.1.2 金屬薄膜的電學(xué)特性4.2.1.3 介質(zhì)薄膜的電導(dǎo)4.2.1.1 電學(xué)的基本特性基本概念導(dǎo)電是指材料中的電子或離子在電場作用下的定向移動，通常以一種類型的電荷載體為主。電子導(dǎo)體，以電子載流子為主體的導(dǎo)電；離子導(dǎo)電，以離子載流子為主

2、體的導(dǎo)電；混合型導(dǎo)體，其載流子電子和離子兼而有之。除此以外，有些電現(xiàn)象并不是由于載流子遷移所引起的，而是電場作用下誘發(fā)固體極化所引起的，例如介電現(xiàn)象和介電材料等。電子導(dǎo)電離子導(dǎo)電eeeeeeeeeeeeMXMXMXMXMXMXMX+電流是電荷在空間的定向運動。任何一種物質(zhì)，只要存在帶電荷的自由粒子載流子，就可以在電場下產(chǎn)生導(dǎo)電電流。金屬中： 自由電子無機材料中：電子（負(fù)電子/空穴）電子電導(dǎo)離子（離子/空位）離子電導(dǎo)對一截均勻?qū)щ婓w，存在如下關(guān)系：歐姆定律1.電阻和電阻率導(dǎo)體（純金屬10-8-10-7m， 合金10-7-10-5m ）半導(dǎo)體（10-3-109m）絕緣體（109m）基本概念4.2.

3、1.1 電學(xué)的基本特性4.2.1.1 電學(xué)的基本特性Resistivities of Real Materials4.2.1.1 電學(xué)的基本特性元素周期表4.2.1.1 電學(xué)的基本特性4.2.1.1 電學(xué)的基本特性電導(dǎo)率是表征材料的導(dǎo)電性能的物理量，常用單位有：-1cm-1，-1m-1，Sm-1（1S（西門子）=1-1）。典型材料的電導(dǎo)值如下：導(dǎo)電類型材料類型導(dǎo)電率/ Scm-1離子導(dǎo)電離子晶體10-18-10-4快離子導(dǎo)體10-3-101強（液）電解質(zhì)10-3-101電子導(dǎo)電金 屬101-105半導(dǎo)體10-5-102絕緣體10-122.固體材料的電導(dǎo)率對含有任何載流子的材料，其電導(dǎo)率為：s=

4、 n1q1m1 + n2q2m2 + =niqimi ni、qi、mi 分別是載流子的濃度、電量和遷移率。對電子和一價離子來說，q就是電子的電荷1.610-19C (庫)?；靖拍?. 體積電阻率和表面電阻率的概念v體積電阻率為描寫材料電阻性能的參數(shù)，它只與材料有關(guān)。s -表面電阻率不反映材料性質(zhì)，與樣品的表面狀態(tài)及環(huán)境狀況有關(guān)。對板狀樣品對圓片狀樣品基本概念4.2.1.1 電學(xué)的基本特性1）. 二探針法（2-Probe Conductivity Measurements）VLAR = Rsample + RcontactR = V/Ir = (RA)/LICan give erroneous

5、 values if contact resistance, Rcontact, is not negligible with respect to RsampleOhmeter特征：適用于高導(dǎo)電率材料消除電極非歐姆接觸對測量的影響4.電阻測試方法4.2.1.1 電學(xué)的基本特性2）.四端電極法測量試樣IVSlR= l/s =（1/R） （l/s） =（ l/s）（I/V）四端電極法測量試樣4.電阻測試方法4.2.1.1 電學(xué)的基本特性I = V1/R1Rsample = V2/I Rsample = (V2R1)/V1r = Rsample (A/L)特征：樣品尺寸較大，通常在室溫下測量。一般

6、用來測量半導(dǎo)體材料的方阻。LAIV2V1R1Current SourceOhmeters3）四探針法（4-Probe Conductivity Measurements）4.電阻測試方法4.2.1.1 電學(xué)的基本特性當(dāng)l1=l2=l3=l則 =I/（2 lv）此式在試樣尺寸比探針間距近似無限大的情況下成立。若測量薄膜等試樣，其結(jié)果必須進行修正。l1l2l3111234vII試樣基板四探針法3）四探針法（4-Probe Conductivity Measurements）4.電阻測試方法4.2.1.1 電學(xué)的基本特性主要內(nèi)容4.2.1.1 電學(xué)的基本知識4.2.1.2 金屬薄膜的電學(xué)特性4.2.

7、1.3 介質(zhì)薄膜的電導(dǎo)4.2.1.2.1 金屬的導(dǎo)電機理4.2.1.2.2 連續(xù)金屬薄膜的導(dǎo)電特性4.2.1.2.3 不連續(xù)薄膜的導(dǎo)電特性4.2.1.2 金屬薄膜的電學(xué)特性1）經(jīng)典電子理論在金屬晶體中，離子構(gòu)成晶格點陣，并形成一個均勻的電場，價電子是完全自由的，彌散分布于整個點陣之中，其運動遵循經(jīng)典力學(xué)氣體分子的運動規(guī)律。無外加電場時，自由電子沿各方向運動的幾率相同，不產(chǎn)生電流；有外加電場時，自由電子沿電場方向作宏觀定向移動，形成電流。電阻來源于自由電子與晶格點陣的碰撞。無法解釋一價金屬導(dǎo)電性優(yōu)于二、三價金屬，電阻率與溫度的關(guān)系與實驗不符，亦不能解釋超導(dǎo)現(xiàn)象。4.2.1.2.1 金屬的導(dǎo)電機理

8、1. 幾種經(jīng)典的導(dǎo)電機理經(jīng)典電子理論金屬晶體為正離子電子氣外加電場時，自由電子定向遷移，形成電流。自由電子與正離子機械碰撞產(chǎn)生電阻Eev4.2.1.2.1 金屬的導(dǎo)電機理 電子在自由程終點獲得的定向遷移速度平均速度電流密度電阻率表達式散射系數(shù)a加速度t兩次碰撞時間間隔E電場強度m電子質(zhì)量n單位體積自由電子數(shù)在量子理論中為n*，代表單位體積內(nèi)實際參加導(dǎo)電的電子數(shù)e電子電荷v電子速度L電子平均自由程4.2.1.2.1 金屬的導(dǎo)電機理2）量子自由電子理論金屬中正離子形成的電場是均勻的，價電子與離子間無相互作用，可在整個金屬中自由運動。自由電子的狀態(tài)服從費米狄拉克的量子統(tǒng)計規(guī)律。價電子有波粒二象性，能

9、量呈量子化分布規(guī)律只有處于較高能態(tài)的自由電子參與導(dǎo)電。金屬內(nèi)部的缺陷和雜質(zhì)是形成電阻的原因。4.2.1.2.1 金屬的導(dǎo)電機理3）能帶理論價電子是公有化和能量是量子化的。離子所產(chǎn)生的勢場呈周期變化。價電子在金屬中的運動不是完全自由的。能帶分裂為禁帶和允帶。具有空能級的允帶中電子可自由移動。ECECECEVEVEVEFEFECEV金屬半導(dǎo)體Eg 2eVNaMg4.2.1.2.1 金屬的導(dǎo)電機理三種導(dǎo)電理論的主要特征的變化經(jīng)典自由電子理論：連續(xù)能量分布的價電子在均勻勢場中的運動量子自由電子理論：不連續(xù)能量分布的價電子在均勻勢場中的運動能帶理論：不連續(xù)能量分布的價電子在周期性勢場中的運動4.2.1.

10、2.1 金屬的導(dǎo)電機理4）聲子碰撞理論4.2.1.2.1 金屬的導(dǎo)電機理純金屬電阻率與溫度奇異的依賴關(guān)系是經(jīng)典理論無法解釋的。電阻率也是一個宏觀物理量，是電子與聲子作用的統(tǒng)計平均效應(yīng)。可采取平均聲子的模型來處理純金屬電阻率。所謂平均聲子模型，是假定聲子系統(tǒng)由平均聲子來構(gòu)成，在這個系統(tǒng)中，每個聲子的動量等于原聲子系統(tǒng)中聲子的平均動量。 我們知道，對電導(dǎo)有貢獻的只是費密面上的電子，因此純金屬電阻率可看成是費密面上的電子與平均聲子相互碰撞的結(jié)果。于是電阻率變成因為 是聲子的平均動量，由此推出重要結(jié)論：純金屬的電阻率與聲子濃度和聲子平均動量的平方成正比。 更一般情況下電子受聲子的散射引起的電阻率為：A

11、為材料有關(guān)的常數(shù)，M原子質(zhì)量，D為德拜溫度高溫低溫意味著高溫時，因電聲子相互作用引起的電阻率隨溫度降低而線性減小意味著低溫時，因電聲子相互作用引起的電阻率按T5關(guān)系隨溫度降低而減少稱為布洛赫-格林艾森公式馬提生定則：塊狀材料的電阻率等于聲子，雜質(zhì)，缺陷（位錯，空位，填隙，應(yīng)變）和晶界所引起的電阻率之和，所以有： 4.2.1.2.1 金屬的導(dǎo)電機理剩余電阻率聲子散射有關(guān)的電阻率電子電子相互作用有關(guān)的電阻率磁散射有關(guān)的電阻率導(dǎo)體雜質(zhì)、缺陷等散射電子聲子相互作用電子電子相互作用磁散射導(dǎo)體電阻率至少包含四個部分常見的散射機制補充知識無須記另一種觀點導(dǎo)體中或多或少存在缺陷或結(jié)構(gòu)不完整或含有雜質(zhì)離子，這些

12、缺陷、結(jié)構(gòu)不完整性和雜質(zhì)將對傳導(dǎo)電子產(chǎn)生散射，引起電阻。與此相對應(yīng)的電阻率稱為剩余電阻率，記為0起因剩余電阻率與樣品質(zhì)量有關(guān)，是一個與溫度無關(guān)的常數(shù)。通過低溫下電阻率隨溫度關(guān)系的測量并外推到絕對零度，即可得到剩余電阻率。很明顯，樣品質(zhì)量越好，也就是說，盡可能少的缺陷、結(jié)構(gòu)盡可能完整、沒有雜質(zhì)的存在，0則越小。如果是理想導(dǎo)體，則剩余電阻率趨向于零。1、剩余電阻率補充知識無須記2、磁散射有關(guān)的電阻率電子不僅攜帶電荷而且還攜帶自旋因此，電阻率應(yīng)包含一項與自旋散射或磁散射有關(guān)的部分電子的自旋自旋散射磁性離子對傳導(dǎo)電子的散射磁性雜質(zhì)對傳導(dǎo)電子的散射高溫自旋波對傳導(dǎo)電子的散射引起的電阻率隨溫度按T2關(guān)系變

13、化，即： 低溫 在高溫（TTc）時，磁自旋無序散射引起電阻率，對溫度的依賴性不強。 磁性離子對傳導(dǎo)電子的散射補充知識無須記電子-電子相互吸引作用的簡單模型1950年弗烈里希(Frolich)指出：電子-聲子相互作用能把兩個電子耦合在一起，這種耦合就像兩個電子之間有相互作用一樣為了明確其物理圖像，弗烈里希給出如下一個物理模型整齊排列的理想點陣中的兩個電子當(dāng)?shù)谝粋€電子通過晶格時，電子與離子點陣的庫侖作用使晶格畸變當(dāng)?shù)诙€電子通過畸變的晶格時，受到畸變場作用，畸變場吸引這第二個電子如果我們忘記第一個電子對晶格造成畸變的過程，而只看最后結(jié)果，將是第一個電子吸引第二個電子補充知識無須記補充知識無須記 電

14、子電子相互作用有關(guān)的電阻率金屬中的傳導(dǎo)電子雖擁在一起，彼此僅相距0.2nm，但在兩次相互碰撞之間卻運動了相當(dāng)長的距離。電子電子碰撞的平均自由程室溫下103 nm，1K下10 cm這是金屬的一個令人驚異的性質(zhì)！為什么？注意到：正是因為如此長的平均自由程，才使得自由電子模型在很多方面給金屬性質(zhì)以令人滿意的描述兩個原因泡利不相容原理降低了電子的碰撞幾率兩電子之間庫侖相互作用的屏蔽以二體碰撞為例來說明不相容原理是如何降低電子的碰撞幾率的波矢為k1的電子與波矢為k2的電子碰撞根據(jù)泡利不相容原理，只允許這樣的碰撞發(fā)生，即其終態(tài)k3和k4在碰撞以前是未被電子占據(jù)的態(tài)。碰撞后波矢分別變成k3和k4考慮二體碰撞

15、發(fā)生在激發(fā)軌道1中的一個電子與費米海里填滿的軌道2中的一個電子之間1243為方便起見，將費米能級取為能量零點這樣，電子1的能量E1為正，電子2的能量E2為負(fù)。根據(jù)不相容原理，碰撞后電子的軌道3和4必定在費米球外，相應(yīng)的能量E3和E4均為正值。1243能量守恒意味著只有當(dāng)軌道2處在費米面以下厚度為E1的能殼中時碰撞過程才可能發(fā)生因此，處在充滿軌道中的電子，僅僅部分電子才可能成為電子1的碰撞靶體，這部分作為靶體的電子占總數(shù)的比例約為動量守恒即使處在上述能殼中的電子可作為電子1的碰撞靶體，但碰撞過程還要求滿足動量守恒，因此，處在上述能殼中的電子也只有部分參與了和電子1的碰撞，這部分電子所占的比例近似

16、為因此，泡利不相容原理使得電子電子碰撞幾率相對于經(jīng)典值降低了一個因子用熱能kBT代替E1，則降低因子可近似為能量守恒動量守恒在盧瑟福碰撞截面計算中，電子被看成是一個未屏蔽的點電荷，相應(yīng)的庫侖勢為：然而，電子的運動是關(guān)聯(lián)的，關(guān)聯(lián)的后果是使得點電荷產(chǎn)生的庫侖勢受到屏蔽，成為屏蔽庫侖勢 兩電子之間庫侖相互作用的屏蔽泡利因子的出現(xiàn)強調(diào)了電子電子相互作用的重要性，而屏蔽效應(yīng)引起碰撞截面的減小因而降低了電子電子相互作用的重要性因此，考慮電子電子相互作用后，有效碰撞截面近似為泡利因子屏蔽庫侖相互作用下的碰撞截面屏蔽效應(yīng)在電子電子碰撞過程中所起的作用是降低碰撞截面 Q0，使之小于未屏蔽庫侖勢的盧瑟福碰撞方程所

17、估計的碰撞截面由于電子電子相互作用，使得有效碰撞截面正比于溫度的平方，因此，電子電子相互作用有關(guān)的電阻率為2. 電阻率與溫度的關(guān)系4.2.1.2.1 金屬的導(dǎo)電機理金屬的溫度越高，電阻也越大。若以0和t表示金屬在0和T溫度下的電阻率，則電阻與溫度關(guān)系為：t 0（1 T）一般在溫度高于室溫情況下，此式對大多數(shù)金屬是適用 （ t 0）/ 0T (1/）T0時td /dT (1/）除過渡族金屬外。所有純金屬的電阻溫度系數(shù)近似4103，過渡族鐵為6.0103，鈷為6.6103，鎳為6.2103。過渡族金屬的電阻與溫度的關(guān)系經(jīng)常出現(xiàn)反常。4.2.1.2.1 金屬的導(dǎo)電機理4.2.1.2.2 連續(xù)金屬薄膜

18、的導(dǎo)電特性4.2.1.2.3 不連續(xù)薄膜的導(dǎo)電特性4.2.1.2 金屬薄膜的電學(xué)特性電阻來源：晶格振動聲子散射； 雜 質(zhì)雜質(zhì)散射； 缺 陷缺陷散射； 晶 界晶界散射。薄膜特點：連續(xù)膜表面散射； 網(wǎng)狀膜細(xì)絲周界散射，接觸散射； 島狀膜電子隧道 。由此可見，電阻的物理根源多于塊狀。薄膜的成膜過程：島狀薄膜網(wǎng)狀薄膜連續(xù)薄膜4.2.1.2.2 連續(xù)金屬薄膜的導(dǎo)電特性連續(xù)金屬薄膜導(dǎo)電用金屬的電導(dǎo)理論+薄膜結(jié)構(gòu)薄膜電阻率與厚度密切相關(guān)，隨膜厚增加電阻率逐漸減小并趨于穩(wěn)定；薄膜電阻率大于塊狀金屬的電阻率。 4.2.1.2.2 連續(xù)金屬薄膜的導(dǎo)電特性1. 連續(xù)金屬薄膜的導(dǎo)電性質(zhì) 薄膜電阻率與厚度密切相關(guān)，隨膜

19、厚增加電阻率逐漸減小并趨于穩(wěn)定；薄膜電阻率大于塊狀金屬的電阻率。 薄膜電阻率的溫度系數(shù)與膜厚有關(guān)。 4.2.1.2.2 連續(xù)金屬薄膜的導(dǎo)電特性1. 連續(xù)金屬薄膜的導(dǎo)電性質(zhì) 1.連續(xù)金屬薄膜的導(dǎo)電性質(zhì) 薄膜電阻率與厚度密切相關(guān)，隨膜厚增加電阻率逐漸減小并趨于穩(wěn)定；薄膜電阻率大于塊狀金屬的電阻率。 薄膜電阻率的溫度系數(shù)與膜厚有關(guān)。 薄膜電阻率受時間和溫度的影響不可逆轉(zhuǎn)。 4.2.1.2.2 連續(xù)金屬薄膜的導(dǎo)電特性1. 連續(xù)金屬薄膜的導(dǎo)電性質(zhì) 薄膜電阻率與厚度密切相關(guān)，隨膜厚增加電阻率逐漸減小并趨于穩(wěn)定；薄膜電阻率大于塊狀金屬的電阻率。 薄膜電阻率的溫度系數(shù)與膜厚有關(guān)。 薄膜電阻率受時間和溫度的影響

20、不可逆轉(zhuǎn)。 薄膜電阻率與晶粒尺寸有關(guān)。 4.2.2.2 連續(xù)金屬薄膜的導(dǎo)電特性2. 自由電子模型和薄膜的尺寸效應(yīng) 薄膜的自由電子密度與晶體塊材并不同 電子密度對表面能影響?。芏却蟆①M米能級高） 自由電子群相同，厚度效應(yīng)明顯。尺寸效應(yīng) 4.2.2.2 連續(xù)金屬薄膜的導(dǎo)電特性薄膜的尺寸效應(yīng)使自由程減小，電導(dǎo)率也相應(yīng)變小。隨著厚度增加，K增加，電導(dǎo)趨于塊體經(jīng)典模型4.2.1.2.2 連續(xù)金屬薄膜的導(dǎo)電特性3. 玻耳茲曼輸出方程電導(dǎo)率的統(tǒng)計理論所有電子在x方向上所形成的電流密度為在金屬單位體積中的總電子數(shù)為： 若沿x方向加一電場F,則薄膜內(nèi)的電子將獲得x方向的凈漂移速度。4. 連續(xù)薄膜的電導(dǎo)理論(無

21、規(guī)熱運動+有規(guī)場速速度)電子在兩次碰撞之間，經(jīng)過一個距離平均自由程x1的條件下，有：而4.2.1.2.2 連續(xù)金屬薄膜的導(dǎo)電特性（實際上k0.1，上述結(jié)論也能給出滿意的結(jié)果） 而k1有：4.2.1.2.2 連續(xù)金屬薄膜的導(dǎo)電特性當(dāng)表面光滑程度達到傳導(dǎo)電子的波長（約0.5nm）數(shù)量級以后，漫反射才顯著減少例如:襯底用：在超高真空中就劈裂的云母片 在基片上先沉積一層Bi2O3薄膜對于薄膜兩個表面的反射情況不同（z=o.p參數(shù)；z=d,q參數(shù)）在k1時，有：4.2.1.2.2 連續(xù)金屬薄膜的導(dǎo)電特性然而，對于部分漫反射情況占多數(shù)，其薄膜電阻率為：所以有：為表面散射電子的平均自由程，其值為式中對薄膜退

22、火，4.2.1.2.2 連續(xù)金屬薄膜的導(dǎo)電特性4.2.1.2.1 金屬的導(dǎo)電機理4.2.1.2.2 連續(xù)金屬薄膜的導(dǎo)電特性4.2.1.2.3 不連續(xù)薄膜的導(dǎo)電特性4.2.1.2 金屬薄膜的電學(xué)特性4.2.1.2.3 不連續(xù)薄膜的導(dǎo)電特性1.不連續(xù)金屬薄膜的導(dǎo)電性質(zhì) 薄膜電阻率非常大。薄膜電阻率溫度系數(shù)是負(fù)數(shù)。低電場強下呈歐姆性質(zhì)導(dǎo)電，高電場強下非歐姆特性。 導(dǎo)電電子激活能較高，隨膜厚的減小激活能上升。電阻應(yīng)變系數(shù)較大。隨薄膜沉積過程變化較大。由于吸附氣體，電阻率隨溫度有可逆和不可逆變化。高電場強下有電子發(fā)射和光發(fā)射現(xiàn)象。電流噪音較大，大多數(shù)呈現(xiàn)1/f特性。4.2.1.2.3 不連續(xù)薄膜的導(dǎo)電特

23、性不連續(xù)薄膜電阻率比連續(xù)薄膜大。不連續(xù)薄膜電阻率與溫度關(guān)系與連續(xù)薄膜不同，具有半導(dǎo)體特性。不連續(xù)薄膜的激活能與膜厚有關(guān)。不連續(xù)薄膜的電導(dǎo)率與外加電場呈現(xiàn)非歐定律，與激活溫度有關(guān)。4.2.1.2.3 不連續(xù)薄膜的導(dǎo)電特性島狀薄膜的電阻電阻規(guī)律：電阻率比連續(xù)膜大幾個數(shù)量級； 電阻溫度系數(shù)為負(fù)； 低場強下，服從歐姆定律（V-A）; 高場強下，非線性關(guān)系（V-A關(guān)系）。有關(guān)島狀薄膜的電導(dǎo)理論有： 熱電子發(fā)射理論； 肖特基發(fā)射理論； 活化隧道理論； 允許態(tài)間隧道理論； 經(jīng)基片和陷阱的隧道理論。4.2.1.2.3 不連續(xù)薄膜的導(dǎo)電特性熱電子發(fā)射理論物理模型：金屬島中電子隨溫度增加，其動能增加。當(dāng)其動能大于

24、逸出功時，電子便逸出金屬表面，E外定向流動。計算單位時間內(nèi)逸出金屬單位表面的電子數(shù)。由固體物理學(xué)得知，在金屬單位體積內(nèi)，微分能量元dE中的電子能態(tài)數(shù)為：4.2.1.2.3 不連續(xù)薄膜的導(dǎo)電特性4.2.1.2.3 不連續(xù)薄膜的導(dǎo)電特性肖特基發(fā)射理論引入鏡像力和外加電場的影響，修正上述中的勢壘鏡像力：若發(fā)射出的電子（-q）在x處如圖，則在一x處感應(yīng)出一個正鏡像電荷（+q），兩電荷間的庫倫力為：電子在x處的勢能為：4.2.1.2.3 不連續(xù)薄膜的導(dǎo)電特性4.2.1.2.3 不連續(xù)薄膜的導(dǎo)電特性4.2.1.2.3 不連續(xù)薄膜的導(dǎo)電特性4.2.1.2.3 不連續(xù)薄膜的導(dǎo)電特性活化隧道理論該理論認(rèn)為：電子

25、從一個中性小島移至另一個中性小島，因而使原來的一些帶有電荷在載電小島與中性小島間的電子傳輸是一個隧道過程。4.2.1.2.3 不連續(xù)薄膜的導(dǎo)電特性4.2.1.2.3 不連續(xù)薄膜的導(dǎo)電特性式中：N是島 狀薄膜單位面積內(nèi)小島數(shù)目， 是活化能。即是將一個電子從一個 中性小島移到另一個中性小島所需要的能量。設(shè)每個小島的體積為4/3a3,則島狀薄膜總體積為：并設(shè)帶電的小島帶一個電子（成一個空穴）。則島狀薄膜的載流子密度：所以島狀薄膜的電導(dǎo)率為：相鄰兩島的中心距離為薄膜的方塊電阻為：薄膜的電流密度為：所以島狀薄膜的電導(dǎo)率為：4.2.1.2.3 不連續(xù)薄膜的導(dǎo)電特性結(jié)論：小島線度a載流子密度naaR口 島間

26、距離d a （指數(shù)衰減比d2增加快） 關(guān)于島狀薄膜電導(dǎo)理論： 還有允許態(tài)間隧道理論 通過基片的隧道理論4.2.1.2.3 不連續(xù)薄膜的導(dǎo)電特性網(wǎng)狀薄膜的電導(dǎo) 網(wǎng)狀薄膜的電導(dǎo)是由金屬小島、金屬接觸點或者 金屬細(xì)絲以及島間空隙的電導(dǎo)所構(gòu)成。接觸膜電阻：島間電阻接觸電阻小島本身電阻絲狀膜電阻：除了電子在薄膜的兩個平行面上散射外， 還受到細(xì)絲的整個周界的嚴(yán)重散射 絲狀膜電阻連續(xù)薄膜電阻4.2.1.2.3 不連續(xù)薄膜的導(dǎo)電特性（1）空間電荷限制電流(space-charge-limited contributions, SCLC)機制 一種體內(nèi)電導(dǎo)機制。在低電壓下，注入載流子的濃度小本征激發(fā)電子影響4.

27、2.1.3 介質(zhì)薄膜的電導(dǎo)特性1. 電子性電導(dǎo)幾種主要導(dǎo)電機理分析（1）空間電荷限制電流(space-charge-limited contributions, SCLC)機制當(dāng)電壓升高時，注入載流子的濃度大于本征激發(fā)的電子濃度時，就會在薄膜內(nèi)部形成空間電荷積累，即形成空間電荷區(qū)，此時空間電荷對薄膜中載流子濃度和電場分布產(chǎn)生影響，即產(chǎn)生了空間電荷限制電流，用公式表示為： 4.2.1.3 介質(zhì)薄膜的電導(dǎo)特性（2）普爾弗侖克爾(PooleFrenkel, PF)發(fā)射機制 體內(nèi)電導(dǎo)機制 由于薄膜中的正電荷、雜相和缺陷等在薄膜中形成了電子陷阱。電子和正電荷陷阱的作用形成了庫倫勢壘，分布在薄膜樣品的導(dǎo)帶

28、和價帶之間。在外加電場下，陷阱中的電荷被電離形成電子，在熱激發(fā)下這些電子克服陷阱的庫倫勢壘高度而不斷的在陷阱中心之間跳躍從而引起了漏電流，PF發(fā)射機制可以表示為： 4.2.1.3 介質(zhì)薄膜的電導(dǎo)特性（3）肖特基發(fā)射機制(Schottky emission) 肖特基發(fā)射屬于面間電導(dǎo)，主要是由于當(dāng)金屬電極和薄膜樣品為阻擋接觸時，在薄膜和電極的界面處存在著肖特基勢壘，外加電場時，肖特基勢壘高度降低，使電子容易穿過勢壘發(fā)射而形成電流，肖特基發(fā)射的理論公式為： 4.2.1.3 介質(zhì)薄膜的電導(dǎo)特性（4）福勒-諾得海姆隧穿機制(Fowler-Nordheim tunneling, FN) FN隧穿電流也稱為電極隧穿注入電流，是一種面間電導(dǎo)，其原理是在金屬-絕緣層-金屬(MIM)結(jié)構(gòu)中，電子在外電場的作用下，克服金屬介質(zhì)層的能量勢壘，通過介質(zhì)層到另一端的電極，產(chǎn)生的電流即為隧穿電流，此時MIM就構(gòu)成了一個電子的隧道結(jié)，其理論公式為： 4.2.1.3 介質(zhì)薄膜的電導(dǎo)特性半導(dǎo)體薄膜的導(dǎo)電機理本征半導(dǎo)體摻雜半導(dǎo)體高溫下本征半導(dǎo)體電阻率與溫度的關(guān)系4.2.1.3 介質(zhì)薄膜的電導(dǎo)特性電子電導(dǎo)率的影響因素雜質(zhì)及缺陷的影響組分缺陷