Курс лекций для студентов специальности 1-25 01 09 «Товароведение и экспертиза товаров»

11.3. методы измерения электрофизических характеристик проводящих материалов


Удельное электрическое сопротивление, или просто удельное сопротивление вещества, (ρ) характеризует его способность не проводить электрический ток.
Многие методы измерения удельного сопротивления основаны на определении разности электрических потенциалов на некотором участке образца, через который пропускают электрический ток. Существуют контактные и бесконтактные методы определения удельного сопротивления. Из контактных методов в лабораторной и производственной практике широко используются зондовые методы.
Двухзондовый метод используется для измерения удельного сопротивления образцов правильной геометрической формы с известным поперечным сечением. Этот метод применяют для контроля распределения удельного сопротивления по длине слитков полупроводникового материала. Рабочий диапазон измеряемых значений удельного сопротивления равен 10^–3–10^–4 Ом·см, но может применяться и для измерения удельных сопротивлений менее 10^–3 Ом·см.
Однозондовый метод получается из двухзондового, если одну из клемм вольтметра соединить с токопроводящим контактом. Такую схему измерения удельного сопротивления можно использовать для анализа омичности контактов, если устанавливать зонд на малых расстояниях в непосредственной близости от контакта и снимать вольтлинейную характеристику.
Четырехзондовый метод является наиболее распространенным при контроле качества полупроводников. Использование этого метода обусловлено высокими метрологическими показателями, простой конструкцией измерительных средств. С его помощью возможно измерение удельного сопротивления объемных образцов самой разнообразной формы и размеров, а также удельного сопротивления тонких слоев. Условием измерения для данного метода является наличие у образца плоского участка поверхности, линейные размеры которого превосходят линейные размеры зондов. Метод применяется при измерении удельного сопротивления в диапазоне10^–4–10³ Ом·см.
Трехзондовый метод основан на измерении напряжения пробоя точечного выпрямляющего контакта. Используется он для измерения сопротивления полупроводниковых структур, нанесенных на подложку, имеющую удельное сопротивление, сравнимое с сопротивлением измеряемого материала или меньшее, чем у него. Действие метода ограничивается диапазоном удельных сопротивлений 0,1–10 Ом·см. За пределами этого диапазона резко возрастает погрешность и снижается надежность результатов измерений. Точность измерений достигается выбором материала зонда, формой контактирующей площадки и давлением на нее.
Бесконтактные методы измерения удельного сопротивления относятся к неразрушающим. Наиболее часто применяют индуктивный и емкостной методы.
Для измерения удельного сопротивления индуктивным методом используют катушку индуктивности, по которой пропускают переменный ток, а также регистрирующее устройство, позволяющее определить значение и фазу этого тока. При измерениях в зависимости от типа катушки исследуемый образец либо помещают внутрь катушки, либо катушку прижимают к поверхности исследуемого образца. Метод пригоден для измерения удельного сопротивления в диапазоне от 10^–4 до 2 Ом·см.
При емкостном методе измеряют активное сопротивление и емкость. Связь образца с измерительной схемой осуществляется с помощью U-образных или кольцевых контактов, отделенных от образца слоем диэлектрика. Измерения основаны на принципе вариации параметров данного колебательного контура, при этом как и в случае индуктивного метода можно регистрировать функционально связанные с ним величины, например, добротность контура, в состав которого входит конденсатор с образцом. Метод может применяться для измерения сопротивлений от 10^–4 до 10³ Ом·см.