Электрические свойства тонких пленок отличаются от свойств объемных проводников. Это объясняется изменением структуры проводящих пленок и, соответственно, механизма перемещения электрических зарядов, создающих электрический ток. На рис. 1.21 показаны три области, соответствующие трем различным механизмам протекания тока. При напылении пленки сначала образуются отдельные разрозненные островки (область 1), переход электронов происходит через узкие диэлектрические зазоры, что обусловлено термоэлектронной эмиссией и туннельным эффектом. В этой области удельное сопротивление очень велико, а температурный коэффициент отрицателен, так как с ростом температуры облегчается переход электронов от островка к островку.
По мере напыления пленки происходит образование проводящих цепочек между отдельными островками и начинает работать обычный механизм электропроводности, удельное сопротивление пленки уменьшается, а температурный коэффициент становится положительным (область 2). При дальнейшем напылении островки исчезают и образуется сплошная пленка толщиной около 0,1 мкм (область 3). На этом участке удельное сопротивление выше, чем удельное сопротивление монолитного проводника, что объясняется размерным эффектом, суть которого состоит в сокращении длины свободного пробега электронов вследствие их отражения от поверхности пленки. Полагая, что процессы рассеяния электронов в объеме и на поверхности независимы, можно для длины свободного пробега /5 электронов в пленке записать:
Здесь l и lS — длины свободного пробега электронов при рассеянии в объеме и на поверхности.
Приближенно полагая длину свободного пробега при рассеянии на поверхности lS равной толщине пленки δ, получим:
(1.23)
Здесь ρ — удельное электрическое сопротивление монолитного проводника. Сопротивление пленки определяется по формуле
где l — длина проводящей пленки;
S — площадь поперечного сечения пленки.
Учитывая, что S = δ*ώ, где ώ— ширина пленки, получаем:
(1.24)
Здесь — удельное поверхностное сопротивление. Величина равна сопротивлению пленки при условии l = ώ, то есть представляет собой сопротивление пленки, имеющей форму квадрата.
Подбором толщины пленки можно изменять величину независимо от удельного сопротивления материала.
В микроэлектронике в качестве соединительных пленок применяют пленки из чистого металла, чаще всего алюминия, а в качестве резистивных пленок — тугоплавкие металлы (вольфрам, тантал, рений, хром, молибден) и сплавы никеля с хромом.