Integration of a visual tracking system into a four probe measuring system to evaluate the electrical sheet resistance of thin films

摘要

En los últimos años, las películas delgadas han sido ampliamente estudiadas debido a laamplia gama de aplicaciones técnicas que presentan, algunas de las cuales estándeterminadas por sus propiedades eléctricas tales como la resistividad. Generalmente,algunas propiedades medidas en la macroescala no siguen siendo válidas cuando elmaterial es reducido a la nanoescala. Varios estudios demuestran que la resistividad enpelículas delgadas depende del espesor de la muestra. Por lo tanto, en la investigación yproducción de películas delgadas para nuevas aplicaciones, es necesario un sistema eficazy preciso para medir y caracterizar sus propiedades eléctricas.Con el fin de superar las limitaciones en la medición de la resistividad en películasdelgadas, el objetivo de esta tesis es la de implementar un sistema de medición de laresistividad flexible implementado utilizando el software LabVIEW y conformado porinstrumentos de medición Keithley y una cámara digital tipo microscopio. Este sistemapresenta dos características principales:1. Un sistema de seguimiento automático de posición (visual tracking) para determinarla ubicación de las puntas de medición sobre la muestra. Este sistema reduce loserrores ocasionados por el desalineamiento de las puntas, proporciona una apropiadainterfaz gráfica y es el primer paso para la automatización del sistema de medición.2. El sistema es capaz de medir la resistividad utilizando cuatro métodos distintos (Vander Pauw, Linear Van der Pauw, y el método de las cuatro puntas lineal y cuadrado).Esta característica proporciona la posibilidad de medir una gama más amplia tantode materiales como de dimensiones de las muestras.El desempeño del sistema desarrollado se válido midiendo muestras estándar dealuminio y tungsteno de diferentes espesores (100, 300 and 600 nm). Las películas sedepositaron sobre sustrato de silicio mediante sputtering. La resistividad de las películasse midió aplicando los diferentes cuatro métodos y se obtuvo un error estándar menor a1%. Con el _n de validar la eficacia del sistema de seguimiento visual (visual tracking),se analizó la influencia, tanto del desalineamiento como de la distribución de las puntasen la medición de la resistividad.Los resultados fueron validados por comparación con datos experimentales de laliteratura y modelos teóricos de películas delgadas (Fuchs-Sondheimer, Mayadas-Shatzkey combinación de ambos modelos). Los resultados están en correlación con los datosexperimentales y los modelos teóricos. Además, se confirmó la dependencia de laresistividad con el espesor. Asimismo, se demostró que el incremento de la resistividadeléctrica podrá explicarse por las contribuciones de los mecanismos de dispersión en loslimites de grano y en la superficie de la película delgada.