Четырёхзондовый метод.

Двухзондовый метод

Используется для определения удельного сопротивления образцов правильной геометрической формы с известным поперечным сечением, например: используется для контроля распределения ρ (удельное сопротивление) по длине слитков полупроводникового материала. Диапазон измеряемых значений 10^-3 до 10⁴ ом*см.

 

При использовании двухзондового метода на торцевых гранях образца изготавливают омические контакты, через которые пропускают электрический ток вдоль образца, на одной из поверхностей вдоль линии тока устанавливают два контакта в виде металлических иголок-зондов, имеющих малую площадь соприкосновения с поверхностью, между ними измеряется разность потенциалов. Если образец однородный, то его удельное сопротивление определяют по формуле:

ρ =U₁₂A/I*S

S – расстояние между зондами.

А – площадь поперечного сечения.

I – сила тока.

Ток через образец подаётся от регулируемого источника постоянного тока. Сила тока измеряется миллиамперметром, а разность потенциалов электронным цифровым вольтметром с высоким входным сопротивлением. Условие применения двухзондового метода для количественного определения Ро – одномерность пространственного распределения эквипотенциальных линий тока ( наличие градиента сопротивления по образцу и неточное соблюдение геометрических размеров приводит к возрастанию погрешности измерения).

 

Является наиболее распространённым при контроле качества проводящих материалов, в основном полупроводников. Использование этого метода обусловлено высокими метрологическими показателями и простой конструкции измерительных средств. Для его применения не требуется создание токовых омических контактов к образцу, возможно измерение удельного сопротивления объёмных образцов разнообразной формы и размеров, а так же Ро тонких слоёв. Условием измерения – наличие плоского участка поверхности, линейные размеры которого превосходят линейные размеры системы зондов (диапазон 10^-4 до 10⁴). Основан на явлении растекания токов в точке контакта.

 

На поверхности образца вдоль одной линии размещаются четыре зонда через пару контактов (чаще всего зонд 1 и 4) пропускают ток, а между двумя другими контактами измеряют разность потенциалов. На практике межзондовые расстояния делают равными.

ρ =U*2πS/I если межзлондовые расстояния равны.

ρ =U*S*FL/I в общем случае

FL – может иметь значения 2пи, 4пи, 6пи в зависимости от пары зондов.

Линейное расположение зондов по образцу не является единственно возможным. Иногда необходимо производить измерения на образцах малого размера, используя более компактную схему размещения зондов по вершинам квадрата со стороной S.

 

ρ =(2πS/2-корень2)*(U/I)

Ток пропускают через зонды образующие одну сторону квадрата, а разность потенциалов измеряют на другой паре зондов. Такая конструкция обеспечивает дополнительную возможность повышения точности измерений за счёт кратности зондов. Пропуская ток последовательно через каждую пару контактов по контуру квадрата и усредняя полученные четыре значения Ро, можно снизить уровень случайной погрешности в два раза. Приведённая формула для расчёта Ро применима только для полубесконечного образца. На практике измеряемые образцы имеют конечные геометрические размеры и если удалённость зондов от границ образца становится соизмеримой с межзондовым расстоянием, то измеряемое ро будет отличаться от истинного. В общем случае для вычисления истинного Ро вводят поправочные множители, учитывающие геометрические размеры образца.