針對手提式薄膜方塊電阻測試儀在使用中容易出現(xiàn)的問題，進(jìn)行分析研究，提出了解決方案，并在實驗中得到實現(xiàn)。研究的問題包括：電池供電的電壓監(jiān)測；探頭完全與被測樣品接觸良好的檢測；防止探針對被測樣品造成電擊穿；測量時自動進(jìn)行量程轉(zhuǎn)換等。

　　隨著濺射技術(shù)、靶材技術(shù)的發(fā)展深入和成熟，使以氧化銦錫透明導(dǎo)電玻璃（ITO 玻璃）為代表的導(dǎo)電薄膜材料的制造和應(yīng)用越來越廣泛。ITO 玻璃目前是與液晶顯示等平面顯示技術(shù)配套的關(guān)鍵組件。從1987 年起至今，ITO 玻璃的制造在國內(nèi)已有二十年的歷史。產(chǎn)品已廣泛用于電子手表、計算器、游戲機(jī)、移動電話、電腦顯示器、平面電視等消費類產(chǎn)品，以及各種光電儀器設(shè)備和科學(xué)實驗中的透明導(dǎo)電電極等。現(xiàn)在，國內(nèi)已有ITO 玻璃生產(chǎn)企業(yè)的單位年生產(chǎn)能力由60 萬片提高到了2000 萬片。產(chǎn)品也從TN 型ITO 玻璃，延伸到STN 型、觸摸屏、彩色濾光片……眾多品種。

1、導(dǎo)電薄膜材料的檢測參數(shù)

　　面對越來越大量的導(dǎo)電薄膜材料的生產(chǎn)制造，如何保證產(chǎn)品的質(zhì)量？除了要求生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)線穩(wěn)定性不斷提高，檢測技術(shù)在此也提供了強有力的支撐作用。

　　ITO 玻璃的產(chǎn)品質(zhì)量檢測包括以下幾個方面：尺寸、方塊電阻、蝕刻性能、ITO 膜層耐堿性、光電性能和可靠性等。除尺寸方面的檢測僅與玻璃原片有關(guān)外，其余幾個方面都與ITO 玻璃生產(chǎn)的工藝過程有關(guān)。由于國內(nèi)大多數(shù)ITO 玻璃生產(chǎn)企業(yè)自己不生產(chǎn)玻璃原片，所以與生產(chǎn)企業(yè)有關(guān)的ITO 玻璃產(chǎn)品質(zhì)量參數(shù)就是：方塊電阻、蝕刻性能、ITO 膜層耐堿性、光電性能和可靠性等。以上幾個參數(shù)是由ITO 玻璃生產(chǎn)的工藝過程所確定，同時各個參數(shù)之間也存在必然的關(guān)聯(lián)�？梢哉f，這幾個參數(shù)中的每一個，都可以是其余參數(shù)為變量的函數(shù)。事實上，在生產(chǎn)線的技術(shù)條件穩(wěn)定，靶材選擇固定的條件下，檢測以上幾個參數(shù)的任意一個，其結(jié)果都有代表性的意義。所以，我們選取方塊電阻作為經(jīng)常性檢測的參數(shù)。因為對方塊電阻的檢測操作最簡便，檢測成本最低，并且瞬間就可以得到檢測結(jié)果。

2、薄膜電阻的測量原理

　　薄膜的膜層電阻通常以方塊電阻（或面電阻、薄層電阻）來表示。按照電阻定律：

R = ρ × L/S （1）

　　式中R 代表樣品電阻，ρ 代表樣品電阻率，L代表電流方向上的樣品長度，S 代表樣品垂直于電流方向上的截面積。可以得出膜層電阻的測量原理如下：如圖1所示，G 表示玻璃原片；ITO 表示被濺射在玻璃原片上的氧化銦錫膜層；D 表示膜層的厚度；I 表示平行于玻璃原片表面而流經(jīng)膜層的電流；L₁ 表示在電流方向上被測膜層的長度；L₂ 表示垂直于電流方向上被測膜層的長度。根據(jù)式（1），則膜層電阻R 為：

R = ρ×L₁/（L₂×D） （2）

　　式中ρ 為膜層材料的電阻率。當(dāng)（2） 式中L₁= L₂ 時，定義這時的膜層電阻R 為膜層的方塊電阻R□：

R□ = ρ /D（單位：Ω/□） （3）

　　它表示膜層的方塊電阻值僅與膜層材料本身和膜層的厚度有關(guān)，而與膜層的表面積大小無關(guān)。這樣，任意面積的膜層電阻R 的計算，由式（2）和式（3）得出：

R =R□（L₁/L₂） （單位Ω） （4）

圖1 膜層電阻圖2 方塊電阻的測量

　　目前在實際的測量中，通常測量的是膜層的方塊電阻。在線檢測的儀器基本上采用“直排四探針”方法對膜層的方塊電阻進(jìn)行測量。原理如圖2 所示。圖中1、2、3、4 表示四根探針；S 表示探針間距；I 表示從探針1 流入、從探針4 流出的電流（單位：mA）；△V 表示探針2、3 間的電位差(單位：mV)。

　　此時，膜層的方塊電阻R□可表示為：

R□= 4.53×△V/I（單位：Ω/□） （5）

　　由上式可見，只要在測量時給樣品輸入適當(dāng)?shù)碾娏鱅，并測出相應(yīng)的電位差△V，即可得出膜層的方塊電阻值。

3、問題的提出

　　實際上，在ITO 玻璃的生產(chǎn)過程中，檢測最多的參數(shù)是ITO 玻璃的方塊電阻。根據(jù)在不同崗位的檢測需要，生產(chǎn)企業(yè)分別使用手提式和臺式這兩種方塊電阻測儀。而手提式方塊電阻測試儀相對使用較多。

　　手提式方塊電阻測試儀的特點如下：

　　(1) 可手持儀器進(jìn)行測量，操作簡單、移動方便靈活。

　　(2) 可采用電池供電，對測量過程的干擾因素較少。

　　但存在的問題如下：

　　(1) 采用電池供電時，儀器電源電壓會出現(xiàn)從高到低變化。為保證儀器的正常工作，目前儀器上采用超前低電壓報警的做法。由于“超前”較多，所以不能使電池得到充分的利用。因此提高了使用成本，增加更換電池的次數(shù)又降低生產(chǎn)效率。還造成多余電池的浪費，不利于環(huán)保。

　　(2) 由于是手持儀器和探頭進(jìn)行操作，探頭的四根探針不容易同時與被測樣品接觸良好，進(jìn)而影響測量的可靠。目前儀器采用完全不對探針的接觸狀態(tài)進(jìn)行檢測，或僅對探頭的其中部分探針進(jìn)行檢測的方法進(jìn)行監(jiān)測，漏測率至少還有50%。對檢測結(jié)果的確定性仍有較大的風(fēng)險。

　　(3) 被測樣品存在著在測量時被電流擊穿（燒壞）的可能性，使樣品遭受損壞。目前的儀器在電流輸出回路上多數(shù)采用穩(wěn)流（而非恒流）的措施，即依靠反饋回路或運算放大電路，當(dāng)被測樣品接入回路后，使回路電流穩(wěn)定到預(yù)先設(shè)置的電流值。而當(dāng)探頭未與樣品接觸時，探頭的1、4探針之間存在一定的電壓，這個電壓可能是幾伏甚至幾十伏。這就使當(dāng)探頭與樣品接觸（或探頭離開樣品）的瞬間，在接觸點存在“打火”的可能，導(dǎo)致對膜層的損壞。

　　(4) 當(dāng)前主要的ITO 玻璃產(chǎn)品的方塊電阻范圍是10~200 Ω/□。如果生產(chǎn)線的不穩(wěn)定，或者人為的特殊調(diào)整，以及在科學(xué)實驗中制造更薄或更厚的ITO 薄膜和其它導(dǎo)電薄膜的需要，均有可能使薄膜的方塊電阻達(dá)到1×10- 4~1×104 Ω/□。目前儀器采用手動更換測量量程，然后繼續(xù)測試的做法，自然會給使用帶來一定的不便。