Загальна характеристика зондових методів вимірювання питомого електричного опору

Вимірювання ПЕО напівпровідників здійснюється переважно контактними або зондовими методами.

Сущність зондових методів вимірювання ПЕО полягає в тому, що через досліджуваний зразок за допомогою однієї системи контактів (т.з. струмових) пропускають електричний струм, а за допомогою іншої системи спеціальних контактів (потенційні зонди) виміряють падіння напруги на певних ділянках зразка, значення якого з урахуванням геометрії і розмірів зразка, а також міжзондових відстаней використовують для обчислення ПЕО. Якщо позначити силу струму I, падіння напруга -, а геометричний чинник – G, то загальний вираз для ПЕО, зміряного будь-яким зондовим методом, можна представити у вигляді:

G (1.6).

Звичайно за рідким виключенням струмові контакти є омічними (невипрямляючими і неінжектуючими), що досягається або за рахунок їх великої площі зіткнення із зразком, або шляхом застосування спеціальних методів їх приготування.

Одна з основних властивостей напівпровідників полягає в тому, що існує приконтактний опір зонда (Rk) обумовлений випрямлянням в контакті і який істотно перевищує опір самого зразка (Rзр).

В цій ситуації вимірювання величини безпосередньо за допомогою вольтметра як правило є некоректним, оскільки воно залежить не стільки від Rзр, скільки від Rk

В метрології напівпровідників для виключення впливу приконтактних опорів користуються двома основними методами. При вимірюваннях малих напруг і струмів застосовують класичний компенсаційний метод. В цьому випадку напруга між зондами компенсується зустрічною, рівною по величині, але протилежною по полярності, напругою від спеціального багатодекадного потенціометра, що живиться від зразкового елемента. Момент компенсації визначається протіканням ''нульового'' струму через гальванометр. Оскільки у момент вимірювань струм через гальванометр рівний нулю, вплив перехідних контактних опорів виключається.

Останнім часом при вимірюваннях малих ЕРС все більше і більше застосовують прямі методи, засновані на застосуванні реєструючих і вимірювальних приладів з високими значеннями вхідного опору (Rвх). Якщо виконується умова Rвх>>Rк, то через такий прилад тече дуже малий струм, і результат вимірювань не спотворений наявністю контактних опорів.

Залежно від кількості і взаєморозташування зондів, геометричних і інших чинників зондові методи існують в різних модифікаціях і відрізняються один від одного функціонально.

Двозондовий метод

Двозондовий метод призначений для вимірювання ПЕО зразків правильної геометричної форми. Він є прямою ілюстрацією закону Ома для ділянки

електричного ланцюга. Схема вимірювань ПЕО двозондовим методом показана на рис. 1.2.

Величина ПЕО визначається по формулі:

(1.7).

Як видно з порівнянь 1.7 з 1.6, геометричний чинник в даному випадку рівний:

G= (1.8).

В метрології напівпровідників величина ПЕО має розмірність [Ом×см], а величини, що входять у формулу 1.7: [В]; S [cм2]; I [A]; L [см].

Вимірювання можна виконувати як на постійному, так і на змінному струмі.

Струмові контакти є омічними або за рахунок їх великої площі, або за рахунок спеціальної металізації.

Двозондовий метод відрізняється наступними принциповими особливостями:

1. Дає значення ПЕО, усереднене по перетину зразка S на довжині L, тобто в міжзондовому об'ємі S×L.

2. Помилка методу зв'язана, головним чином, з неправильністю геометричної форми і розбіжністю зондів.

1 – перший потенційний зонд; 2 – другий потенційний зонд; 3 – досліджуваний зразок; L – міжзондова відстань; S – площа поперечного перетину.

Рис. 1.2. Схема двозондового методу

чотиризондовим, який виміряє ПЕО тільки в безпосередній близькості до поверхні).

Двухзондовий метод в метрології об'ємних кристалів розглядається як ''разміточний'' і достатньо грубий, оскільки в реальних умовах через невизначеність геометрії і розбіжності зондів погрішність його досягає 5-10 ^0/0.

При зближенні зондів, тобто при спробі зменшити L і тим самим поліпшити локальність (роздільну здатність) методу, виникають обмеження, зв'язані з тим, що розбіжність зондів не залежить від міжзодової відстані (L=const),а відносна погрішність () при цьому стрімко зростає.

У ряді випадків для здійснення двозондових вимірювань необхідно виготовляти спеціальні зразки правильної форми або шліфувати широку і протяжну вимірювальну доріжку, що дає підстави у принципі кваліфікувати його як руйнуючий.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: