Четырехзондовый метод измерения сопротивлений для АСМ
Модель и назначение
В лаборатории Регионального центра нанотехнологий установлена приставка к сканирующему зондовому микроскопу высокого разрешения фирмы AIST-NT SmartSPM (г. Зеленоград, Россия, 2008 г.) - модуль для измерения удельного электрического сопротивления материалов четырехзондовым методом. Условием для его применимости с точки зрения формы образца является наличие плоской поверхности, линейные размеры которой превосходят линейные размеры системы зондов.
Принцип работы
При измерениях использует четыре электрода: два из которых подключены к источнику питания, а два других к вольтметру с большим входным сопротивлением. Преимущество метода в том, что при определении напряжения не учитывается падение напряжения на контактах, которое может быть одного порядка с измеряемым.
В случае близости контактов с источником тока и вольтметром значение сопротивления определяется по закону Ома:
R = U / I ,
где R - сопротивление, U - измеренное напряжение, I - сила тока.
При измерениях учитывается геометрическая поправка (в используемых в РЦН зондах контакты разнесены на 6 мкм относительно друг друга).
На контакте полупроводникового материала и металлического зонда при протекании электрического тока может возникать ряд физических эффектов и явлений, которые могут вносить существенную погрешность в результаты измерений и в некотором случае делать такие измерения невозможными. К ним относятся:
- высокое переходное сопротивление контакта между зондом и полупроводниковым материалом;
- инжекция неосновных носителей заряда зондом, существенно влияющая на величину удельного электрического сопротивления образца;
- эффект Пельтье, приводящий к возникновению градиента температуры на образце и соответствующей этому градиенту термо э.д.с.;
- нагрев образца электрическим током, протекающим через образец.
- Указанные явления необходимо учитывать при измерении удельного электрического сопротивления.
Основные характеристики
- Максимальная величина силы тока I = 10мкА;
Требования к образцам
- Максимальная величина параметра шереховатости Ra на образце - 2.5 мкм;
- размер образца - до 15 мм;
- толщина образца - до 15 мм;
- угол наклона измеряемой поверхности не должен превышать 5;
- Наиболее удачными получаются изображения образцов: полированные поверхности твердых поверхностей, напыленные пленки, высушенные коллоидные растворы на покровном стекле
Полученные в РЦН изображения