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

Abstract

En los últimos años, las películas delgadas han sido ampliamente estudiadas debido a la amplia gama de aplicaciones técnicas que presentan, algunas de las cuales están determinadas por sus propiedades eléctricas tales como la resistividad. Generalmente, algunas propiedades medidas en la macroescala no siguen siendo válidas cuando el material es reducido a la nanoescala. Varios estudios demuestran que la resistividad en películas delgadas depende del espesor de la muestra. Por lo tanto, en la investigación y producción de películas delgadas para nuevas aplicaciones, es necesario un sistema eficaz y preciso para medir y caracterizar sus propiedades eléctricas. Con el fin de superar las limitaciones en la medición de la resistividad en películas delgadas, el objetivo de esta tesis es la de implementar un sistema de medición de la resistividad flexible implementado utilizando el software LabVIEW y conformado por instrumentos de medición Keithley y una cámara digital tipo microscopio. Este sistema presenta dos características principales: 1. Un sistema de seguimiento automático de posición (visual tracking) para determinar la ubicación de las puntas de medición sobre la muestra. Este sistema reduce los errores ocasionados por el desalineamiento de las puntas, proporciona una apropiada interfaz 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 (Van der 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 tanto de materiales como de dimensiones de las muestras. El desempeño del sistema desarrollado se válido midiendo muestras estándar de aluminio y tungsteno de diferentes espesores (100, 300 and 600 nm). Las películas se depositaron sobre sustrato de silicio mediante sputtering. La resistividad de las películas se midió aplicando los diferentes cuatro métodos y se obtuvo un error estándar menor a 1%. 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 puntas en la medición de la resistividad. Los resultados fueron validados por comparación con datos experimentales de la literatura y modelos teóricos de películas delgadas (Fuchs-Sondheimer, Mayadas-Shatzke y combinación de ambos modelos). Los resultados están en correlación con los datos experimentales y los modelos teóricos. Además, se confirmó la dependencia de la resistividad con el espesor. Asimismo, se demostró que el incremento de la resistividad eléctrica podrá explicarse por las contribuciones de los mecanismos de dispersión en los limites de grano y en la superficie de la película delgada.