銀蒸着薄膜における電気抵抗の経時変化
藤田志郎・富田信昭・岡部福栄
1 序 論
金属蒸着膜の：不安定性は，蒸着直後の電気抵抗の経時変 化に顕著に現われており，それについての研究は，薄膜自 身の性質が，基板の種類および蒸着膜の製作条件に強く依 存するため，測定が困難で，研究報告もさまざまである。
蒸着膜の電気抵抗の経時変化に関する研究結果は，金原 氏等によって報告されている。1）・2）・3）・4）・5）金原氏は金につ
いて実験を行ない，時刻tに対する抵抗Rの減衰につい ての近似式として，
dR
＝＝C （R−Roa）
dt
という結果を得ている。
但し，ここで，C， nは時間に関して定数であり， R。。
はt→・。におけるRの値である。そこでは，R。。の値と して，蒸着膜と同じ寸法のバルクの値を用いており，その 結果，nは蒸着速度に殆ど関係なくn≒6であるという報 告がなされている。
この場合のR。。は，蒸着後，時間が十分経過して，膜が 安定となった時の抵抗値である。
したがって，これにバルクの値を用いることは，蒸着薄 膜も蒸着後十分時間が経過すれば，バルクと同じ状態にな るものとみなしている。
しかしながら，数100A程度以下の厚さの蒸着薄膜は，
時間が十分経過して安定になっても，本来バルクとは異な った状態であると考えられるので，R。。の値としてバルク の値を採用することは，必ずしも妥当であるとは考えられ ない。
そこで，ここでは試料として銀を用いて，蒸着薄膜の電 気抵抗の経時変化を測定し，RQ・の値のとり方および抵抗 Rの時間的変化についての考察を行なった。そして，これ までの報告とは若干異なった結果を得たので，ここに報告 する。
2 試料および測定方法
蒸着用基板は，非晶質の例として顕微鏡用スライドグラ スを用い，あらかじめその両端に，電極として銀を厚さ約 1500A程度蒸着しておき，電極間に面積が43mza x suaの被 測定用蒸着膜を蒸着した。 （Fig．1）
Lead i subsilate
Ag evaporated Cu electrode electrode
Fig．1 Schematic representation of substrate and electrodes
竜h…n fiIm 7t一 一
ぐ ↑
また加熱用ヒータにはタングステンボートを用い，今回 の試料金属としては，銀（純度99．999％）を使用し，基板 は加熱しないで常温とした。蒸着直前の到達真空度は 1〜2×10−5皿mHgであった。
蒸着薄膜の抵抗測定回路は，Fig．2に示す通りである。
抵抗の経時変化は自動電圧記録計を用いて測定した。
th
Vacuum pumP
Fig．2 Schematic representation of the apparatus すなわち，膜に一定電流を流しておき，その両端の電圧 の変化を自動電圧記録計に記録させることにより，間接的 に抵抗の変化を測定した。実際の操作については，以下に 述べる通りである。
Fig．2において，スイッチSを閉じ， R1を謂整して回 路電流1を一一一一定（30μA）に保っておき，R2を調整するこ とにより記録計の振れを適当な一定値に設定する。次に蒸 着を開始し，膜が導電性を示し始めて記録計の振れが適当 な値まで減少したら，スイッチSを開き，同時に蒸着遮断 用のシャッターを閉じて蒸着を完了する。以後，蒸着膜の 両端の電圧の経時変化は，自動記録計に記録される。
3 結果および考察
前に述べたような実験方法により測定した結果をTable
工に示す。
蒸着膜の抵抗Rと時刻tとの関係を図に示すと，Fig．3 のようになり，数10分経過すれば抵抗Rの変化は殆どみら れなくなり，実際にその後，数時間放置しておいても，同 様にRの変化はみられなかった。
一199一
津山高専紀要（第2巻 第2号）
Table． 1 Sample
1 2 3
film thick−
ness （A）
deposi−
tion
time （s）
ie7 1 1
11．0 125
153
75．0 1o3．e
mean
deposi−
tion rate （A／s）
9． 71
1．66
degree of
ソ セユロエロ
（mmHg）
1．5×lo−s 1．8×10−5 1．48 1 1．7 ×lo−5
R oo （．CZ）
ユ43．3
186．7 107．3
1ot
6
：ts
4
3
①O仁O↑gり脇Oに
2
MO7 A
c2） n2s A t3） i53 A
｛2｝
｛1） L
lr （s）
O 50 100 i50 ZOO
Time （s｝
Fig．3 Decay curves of evapolated thin Ag fil皿s
したがって，R。。の値としてはバルクの値ではなく，数時 間経過した時のこの値を用いるべきであると考えられる。
そこで，ここでは，R・。の値として，蒸着後，数時間真 空中に放置しておいた時の抵抗の実測値を用いて，抵抗R と時刻tとの関係について考察した。
まずRとtとの関係を見出すために，横軸にtを，そし て縦軸に（R−R。。）一αをとって，測定値をプロットした ところ，次のようなことがわかった。
すなわち，tの小さい領域では，α・＝2，（Fig．4）， tの大 きい領域では，α＝1，（F玉9．5）として直線的になった。
16
6 窪5
4 5 3匠虚︾
1 2r
｝
（3｝
このような抵抗の経時変化の現象は，蒸着中に生じた膜 内の多くの格子不整が，時間とともに消滅してゆくためと
考えられている。6）・7）・8）
これまでの報告によると，抵抗Rと時刻tとの間には，
dR
−C（R−Roo）n （1）
dt
なる関係が成り立つと云われている。
但し，ここで，C， nは時間に関して定数であり， R・。
はt→。・におけるRの値である。
しかし，従来の報告では，R・。の値として，蒸着膜と同 じ寸法のバルクの値を用いている．。
例えば，金原氏の文献によれば，試料として金を用い，
R・。の値として，バルクの値を用いた結果，膜可約140A，
蒸着速度0．3〜2．7A／sの範囲では，蒸着速度には関係な く，n≒6となることが報告されている。
しかしながら，それらの文献においては，R。。の値とし て，バルクの値を用いた根拠が明確にされていないように 思われる。しかも，蒸着膜というものは，本来バルクとは 異なっていると考えられる。
実際に，今回の実験にもみられるように，蒸着後，数時 間経過すれば，Rの値は十分安定になり， Rの時間的な変 化は殆どみられなかった。
o
Fig．4
io−2 1
61
鱗
，L
辛、l
s︐F
5 te t5 20
T］me Cs）
（R−Roo）一2 vs．t
）
（］）
C2）
o
Fig．5
25 50 75 100
Time ｛s）
（R−Rc＞o）一1 vs．t
それらの結果を式で表わせば，次の通りである。
（i） t：小なるとき，
（R−Roe） 2＝at十b ここで，a， bは定数である。
ゆえに，
一Ellt｝一＝A（R−Roo）3
ここで，Aは定数である。
（2）
（3）
一200一
藤田志郎・富田信昭・岡部福栄 銀蒸着薄膜における電気抵抗の経時変化
（ii）t：大なるとき，
（R−ROO）『ユ＝a t十b ここで，a ， b は定数である。
ゆえに，
dR
＝A （R−Roo）2 dt
ここで，A は定数である。
（4）
〈5）
したがって，蒸着膜の電気抵抗の減衰が，蒸着直後の膜 内の格子不整の消滅に起因するものとし，
（R−RQO）。of（f：格子不整の数） ｛6）
と仮定するならば6）・7）・8）格子不整の消滅の過程は，時刻t の小さいところでは，3次の化学反応式と同じ形となり，
時刻tの大きいところでは，2次の化学反応式と同じ形に なっている。
すなわち，時刻tのすべての領域において，n次の化学 反応式と対応させうるという，従来の報告とは異なった結 果を得た。
この相違点は，RD・の値として，バルクの値を用いない で，蒸着後，数時間経過した時の膜の抵抗値を用いたため と考えられる。
一方，我々の資料においても，R。。の値に，バルクの値 を用いれば，（1）式が適用でき，時刻tのすべての領域にわ たって，n≒7という結果を得た。これは銀を用いて実験
した他の報告と大体同じ値である。5）
4 結 論
銀の真空蒸着膜の電気抵抗の時間的変化について測定し た結果，次の結論を得た。
蒸着膜を，蒸着後，真空中に室温の状態で放置すると，
抵抗は時間とともに減少してゆき，数10分経過した後に は，抵抗は殆ど変化しなくなり，一定値におちつく。
従来の報告では，時刻t→。。に対する抵抗Rの値，すな
わち，R。。を蒸着膜と同じ寸法のバルクの値と考えて，抵 抗Rと時刻tとの関係を考察していたが，ここでは，数時 間経過した時の抵抗の実測値をR。。と考えるのが妥当であ るとして，Rとtとの関係を考察した。
その結果，tが小さいときは，前述の（3）式のような関係 が成り立ち，tが大きいときは，（5）式のような関係が成り 立つことが明らかになった。換言すれば，電気抵抗の経時
変化の現象を，格子不整の消滅によるものと考え，化学反 応式と対応させるならば，tの小さいところでは，3次の 化学反応式と同じ形になり，tの大きいところでは，2次 の化学反応式と同じ形になるといいうる。
本実験における膜厚測定に関して，多重反射干渉計の使 用について便宜をおはかり下さり，かつ，測定に関して有益 なる御助言をいただいた本校機械工学科，石原恒夫講師に 対し，厚く御礼申し上げます。
最後に，終始御指導いただいた，本校校長坂手邦夫先生 に深く感謝致します。
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文 献
金原口，猿渡雄二1応物32，8，p625（1963）
金原粟，猿渡雄二：真空6，4，p135（1963）
A，Kinbara， Y．Sawatari： Jap．J．appl．Rhys． 4， 3 p161（1965）
潮忠重：群馬高専研究報告第1号 p17（1967）
室，今泉，山口，金沢：昭和43年電気四学会連合大 会予講集 p402（1968）
沢木司＝真空蒸着P198（日刊工業新聞社，1965）
水島，原留，玉井：薄膜物性工学，界面物性工学 P51（オーム社，1968）
日本学術振興会編：薄膜物性工学ハンドブック Plr−46（オーム社，1964）
（昭和44年9月10日受理）
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