四點(diǎn)探針系統(tǒng)
快速準(zhǔn)確的特性，適用于各種材料
概述
作為物理學(xué)研究所獲獎(jiǎng)的Ossila太陽(yáng)能電池原型平臺(tái)的一部分，Ossila的四點(diǎn)探針系統(tǒng)是一種易于使用的工具，用于快速測(cè)量薄片電阻、電阻率和材料的導(dǎo)電性。
使用我們自己的源測(cè)量單元，我們已經(jīng)能夠創(chuàng)建一個(gè)低成本的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)廣泛的測(cè)量范圍。探針頭使用彈簧接點(diǎn)而不是尖銳的針頭，可以避免對(duì)精密樣品的損壞，例如厚度為納米級(jí)的聚合物薄膜*。
該系統(tǒng)包括一個(gè)四點(diǎn)探針，源測(cè)量單元，和易操作的PC軟件-使更多的實(shí)驗(yàn)室可以測(cè)量薄片電阻。我們提供2年免費(fèi)保修。
* 該系統(tǒng)不適用于測(cè)量形成天然絕緣氧化物(如硅)的材料的性能.
功能特征
寬電流范圍- 4點(diǎn)探針能夠發(fā)出1 μA和150毫安之間的電流，可測(cè)量的電壓范圍從低至100 μV至10 V。該系統(tǒng)可以測(cè)量薄板電阻范圍從100 mΩ/□至10 MΩ/□，可兼容材料范圍十分廣泛。
易于使用-只需插入系統(tǒng)，安裝軟件，你就可以開(kāi)始了!直觀的界面和簡(jiǎn)潔的設(shè)計(jì)使四點(diǎn)探針系統(tǒng)易于使用，簡(jiǎn)化了片材電阻的測(cè)量?？梢允褂酶鞣N形狀和尺寸的基片。
高精度-正極性和負(fù)極性的測(cè)量可以通過(guò)PC軟件執(zhí)行。這使您能夠計(jì)算正負(fù)電流之間的平均薄片電阻-從而消除可能發(fā)生的任何電壓偏移，從而提高測(cè)量的精度。
無(wú)損檢測(cè)-設(shè)計(jì)時(shí)考慮到精密樣品的測(cè)量，四個(gè)探針頭全部采用鍍金，溫和的帶圓形探針頭的彈簧負(fù)載接觸方式。這會(huì)有60克的持續(xù)接觸力，防止探頭穿透脆弱的薄膜的同時(shí)，仍然提供良好的電接觸。
節(jié)省空間的設(shè)計(jì)-通過(guò)仔細(xì)的設(shè)計(jì)考慮，我們已經(jīng)能夠保持四個(gè)探針的占地面積到最小(總工作臺(tái)面積為14.5厘米x 24厘米)，即使在繁忙的空間緊張實(shí)驗(yàn)室，仍然可以使用本系統(tǒng)。
快速材料表征- PC軟件(包括系統(tǒng))執(zhí)行所有必要的測(cè)量和計(jì)算薄片電阻，電阻率和電導(dǎo)率-使材料表征毫不費(fèi)力。它還可以自動(dòng)進(jìn)行校正因子計(jì)算。
常見(jiàn)問(wèn)題解答
什么樣的樣品厚度與系統(tǒng)匹配?
四點(diǎn)探針系統(tǒng)是專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)用來(lái)測(cè)量納米范圍內(nèi)的薄膜。例如，我們成功地在PET上測(cè)量了PH為1000的30 - 40 nm的PEDOT:PSS薄膜和< 100 nm的銀納米線(xiàn)薄膜，薄膜中沒(méi)有產(chǎn)生空洞。有關(guān)更深入的解釋?zhuān)?qǐng)參閱我們的應(yīng)用說(shuō)明:薄膜的薄片電阻測(cè)量。
我是否需要自己的源測(cè)量單位(源表)?
該系統(tǒng)有一個(gè)內(nèi)置的Ossila源測(cè)量單元(SMU)，所以您不需要再買(mǎi)了。
該系統(tǒng)能測(cè)量的電阻率/電導(dǎo)率范圍有多大?
當(dāng)系統(tǒng)測(cè)量樣品的薄片電阻時(shí)，無(wú)法給出可測(cè)量電阻率或電導(dǎo)率的一般范圍。這是因?yàn)榭蓽y(cè)量的電阻率范圍取決于被測(cè)樣品的厚度。試樣的電阻率可由其薄片電阻和厚度計(jì)算，公式如下:
該系統(tǒng)的測(cè)量范圍在100 mΩ/□和10 MΩ/□之間，所以如果我們使用上述公式中的這些值, 測(cè)量的樣品厚度是50 nm的話(huà)，那么該系統(tǒng)可以測(cè)量的電阻率(電導(dǎo)率)范圍將是5 nΩ.m到500 mΩ.m(2S/m ~ 200MS /m)。如果樣品為400µm厚，則系統(tǒng)的電阻率(電導(dǎo)率)范圍為40µΩ.m到4 kΩ.m (250µS/m ~ 25ks/m)。下表為系統(tǒng)測(cè)量不同數(shù)量級(jí)厚度樣品的電阻率和電導(dǎo)率范圍:
樣品厚度 | 電阻率范圍 | 電導(dǎo)率范圍 |
10 nm | 1 n?.m - 100 m?.m | 10 S/m - 1 GS/m |
100 nm | 10 n?.m - 1 ?.m | 1 S/m - 100 MS/m |
1 µm | 100 n?.m - 10 ?.m | 100 mS/m - 10 MS/m |
10 µm | 1 µ?.m - 100 ?.m | 10 mS/m - 1 MS/m |
100 µm | 10 µ?.m - 1 k?.m | 1 mS/m - 100 kS/m |
1 mm | 100 µ?.m - 10 k?.m | 100 µS/m - 10 kS/m |
你們能提供其它探頭設(shè)計(jì)嗎?
目前我們提供單一探針布局，即探針間距1.27 mm的線(xiàn)性探針，探針直徑0.48 mm，以及60 g的彈簧壓力。這使我們能夠提供的價(jià)格合理的四點(diǎn)探針系統(tǒng)，同時(shí)仍然提供可靠和準(zhǔn)確的薄片電阻測(cè)量。
這個(gè)價(jià)格包括所有配置嗎?
是的，產(chǎn)品頁(yè)面上顯示的一切都包括在內(nèi)! 源-測(cè)量單元，四點(diǎn)探針頭，線(xiàn)性平移平臺(tái)，軟件，甚至ito涂層玻璃基片!
技術(shù)規(guī)格
測(cè)量規(guī)格
電壓范圍 | ±100 μV ~ ±10 V |
電流范圍 | ±1 μA~ ±150 mA |
薄層電阻范圍 | 100 mΩ/□~ 10 MΩ/□ (歐姆每平方英尺) |
薄層電阻 | 準(zhǔn)確性* | 精確度** | 測(cè)量范圍 |
100 mΩ/□ | ±8% | ±3% | 1 |
1 Ω/□ | ±2% | ±0.5% | 1 |
10 Ω/□ | ±1% | ±0.5% | 1 |
100 Ω/□ | ±1% | ±0.05% | 2 |
1 kΩ/□ | ±1% | ±0.03% | 2 |
10 kΩ/□ | ±1% | ±0.02% | 3 |
100 kΩ/□ | ±2% | ±0.05% | 4 |
1 MΩ/□ | ±8% | ±0.5% | 5 |
10 MΩ/□ | ±30% | ±5% | 5 |
*準(zhǔn)確性是與真實(shí)值相比較的偏差.
** 精度是同一測(cè)量值之間的偏差(用于比較測(cè)量).
物理規(guī)格
探針距離 | 1.27 mm |
矩形樣品尺寸范圍 | 長(zhǎng)邊最小: 5 mm |
圓形樣本尺寸范圍(直徑) | 5 mm ~ 76.2 mm |
樣本厚度 | 10 mm |
外形尺寸 | 寬: 145 mm |
軟件
· 界面簡(jiǎn)潔直觀
· 數(shù)據(jù)保存到.csv文件
· 計(jì)算已知厚度樣品的電阻率和電導(dǎo)率
· 自動(dòng)校正因子計(jì)算
直觀和用戶(hù)友好的獨(dú)立PC程序用于控制四點(diǎn)探針測(cè)量，快速表征材料，而不需要用戶(hù)自己編寫(xiě)任何代碼。該PC軟件可為給定的樣本幾何形狀計(jì)算適當(dāng)?shù)膸缀涡拚?/span>數(shù)，以確保準(zhǔn)確的結(jié)果。如果提供了樣品厚度，它還可以計(jì)算樣品的電阻率和電導(dǎo)率，以便對(duì)材料進(jìn)行廣泛的電氣表征。
薄板電阻Lite測(cè)量軟件
100nm ITO薄膜的四點(diǎn)探針測(cè)量(S111)
該軟件將數(shù)據(jù)保存到逗號(hào)分隔值(.csv)文件，方便將數(shù)據(jù)導(dǎo)入到您喜歡的分析軟件。高級(jí)設(shè)置讓您對(duì)測(cè)量有更大的控制，允許您設(shè)置電壓和電流限制，執(zhí)行負(fù)極性測(cè)量，或使用不同間隔的探針。
軟件要求
操作系統(tǒng) | Windows 10 (32-bit or 64-bit) |
CPU | Dual Core 2 GHz |
RAM | 2 GB |
可用硬盤(pán)空間 | 178 MB |
顯示器分辨率 | 1440 x 900 |
接口 | USB 2.0, or Ethernet (requires DHCP) |
應(yīng)用
材料特性描述-電阻率是材料的固有特性，是一種重要的電學(xué)性質(zhì)。它可以通過(guò)測(cè)量已知厚度的薄膜的薄片電阻來(lái)確定，這使四點(diǎn)探針測(cè)量成為材料電學(xué)表征的關(guān)鍵技術(shù)。
薄膜太陽(yáng)能電池和發(fā)光二極管-薄膜設(shè)備(如鈣鈦礦太陽(yáng)能電池或有機(jī)發(fā)光二極管)需要橫向傳輸電荷的薄導(dǎo)電電極來(lái)提取。因此，在這一階段，需要使用低薄片電阻的材料來(lái)減少潛在的損失。當(dāng)嘗試放大這些設(shè)備時(shí)，這就變得更加重要了，因?yàn)殡姾稍诒惶崛〕鰜?lái)之前必須沿著電極走得更遠(yuǎn)。
請(qǐng)注意，這個(gè)系統(tǒng)不適合硅或其他自然形成絕緣氧化物層的材料。要測(cè)量這類(lèi)材料，需要用探針穿透氧化層，這可能無(wú)法用該系統(tǒng)使用的彈簧加載的圓形探針。
理論
四點(diǎn)探針是測(cè)量材料薄片電阻的設(shè)備。薄片電阻是一種材料的電阻率除以它的厚度，表示橫向電阻通過(guò)一個(gè)薄的方形導(dǎo)電/半導(dǎo)體材料。這種測(cè)量方法使用四個(gè)探針排列在一條線(xiàn)上，每個(gè)探針之間的間距相等。外部?jī)蓚€(gè)探頭之間通過(guò)電流，導(dǎo)致內(nèi)部?jī)蓚€(gè)探頭之間的電壓降低。通過(guò)測(cè)量電壓的這種變化，可以用下面的等式來(lái)計(jì)算薄片電阻
這里，I是外加電流，ΔV是內(nèi)側(cè)兩個(gè)探頭之間的電壓下降值。這個(gè)方程的結(jié)果還必須乘以一個(gè)幾何修正因數(shù)，該修正因數(shù)基于樣品的形狀、大小和厚度。這就解釋了通過(guò)樣本的可能影響測(cè)量值電流路徑的局限性。
在我們的薄板電阻理論指南中可以找到關(guān)于薄板電阻理論背后的理論、幾何校正因數(shù)和四點(diǎn)探針技術(shù)的更深入的解釋。
