針對手提式薄膜方塊電阻測試儀在使用中容易出現的問題，進行分析研究，提出了解決方案，并在實驗中得到實現。研究的問題包括：電池供電的電壓監測；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；測量時自動進行量程轉換等。

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

1、導電薄膜材料的檢測參數

　　面對越來越大量的導電薄膜材料的生產制造，如何保證產品的質量？除了要求生產企業的生產線穩定性不斷提高，檢測技術在此也提供了強有力的支撐作用。

　　ITO 玻璃的產品質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外，其余幾個方面都與ITO 玻璃生產的工藝過程有關。由于國內大多數ITO 玻璃生產企業自己不生產玻璃原片，所以與生產企業有關的ITO 玻璃產品質量參數就是：方塊電阻、蝕刻性能、ITO 膜層耐堿性、光電性能和可靠性等。以上幾個參數是由ITO 玻璃生產的工藝過程所確定，同時各個參數之間也存在必然的關聯。可以說，這幾個參數中的每一個，都可以是其余參數為變量的函數。事實上，在生產線的技術條件穩定，靶材選擇固定的條件下，檢測以上幾個參數的任意一個，其結果都有代表性的意義。所以，我們選取方塊電阻作為經常性檢測的參數。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（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，而與膜層的表面積大小無關。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的電流I，并測出相應的電位差△V，即可得出膜層的方塊電阻值。

3、問題的提出

　　實際上，在ITO 玻璃的生產過程中，檢測最多的參數是ITO 玻璃的方塊電阻。根據在不同崗位的檢測需要，生產企業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又降低生產效率。還造成多余電池的浪費，不利于環保。

　　(2) 由于是手持儀器和探頭進行操作，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進行檢測，或僅對探頭的其中部分探針進行檢測的方法進行監測，漏測率至少還有50%。對檢測結果的確定性仍有較大的風險。

　　(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采用穩流（而非恒流）的措施，即依靠反饋回路或運算放大電路，當被測樣品接入回路后，使回路電流穩定到預先設置的電流值。而當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，導致對膜層的損壞。

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