四點探針系統(tǒng)
快速準確的特性，適用于各種材料
概述
作為物理學研究所獲獎的Ossila太陽能電池原型平臺的一部分，Ossila的四點探針系統(tǒng)是一種易于使用的工具，用于快速測量薄片電阻、電阻率和材料的導電性。
使用我們自己的源測量單元，我們已經(jīng)能夠創(chuàng)建一個低成本的系統(tǒng)，實現(xiàn)廣泛的測量范圍。探針頭使用彈簧接點而不是尖銳的針頭，可以避免對精密樣品的損壞，例如厚度為納米級的聚合物薄膜*。
該系統(tǒng)包括一個四點探針，源測量單元，和易操作的PC軟件-使更多的實驗室可以測量薄片電阻。我們提供2年免費保修。
* 該系統(tǒng)不適用于測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點探針能夠發(fā)出1 μA和150毫安之間的電流，可測量的電壓范圍從低至100 μV至10 V。該系統(tǒng)可以測量薄板電阻范圍從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，你就可以開始了!直觀的界面和簡潔的設計使四點探針系統(tǒng)易于使用，簡化了片材電阻的測量。可以使用各種形狀和尺寸的基片。
高精度-正極性和負極性的測量可以通過PC軟件執(zhí)行。這使您能夠計算正負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，從而提高測量的精度。
無損檢測-設計時考慮到精密樣品的測量，四個探針頭全部采用鍍金，溫和的帶圓形探針頭的彈簧負載接觸方式。這會有60克的持續(xù)接觸力，防止探頭穿透脆弱的薄膜的同時，仍然提供良好的電接觸。
節(jié)省空間的設計-通過仔細的設計考慮，我們已經(jīng)能夠保持四個探針的占地面積到最小(總工作臺面積為14.5厘米x 24厘米)，即使在繁忙的空間緊張實驗室，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)行所有必要的測量和計算薄片電阻，電阻率和電導率-使材料表征毫不費力。它還可以自動進行校正因子計算。
常見問題解答
什么樣的樣品厚度與系統(tǒng)匹配?
四點探針系統(tǒng)是專門設計用來測量納米范圍內(nèi)的薄膜。例如，我們成功地在PET上測量了PH為1000的30 - 40 nm的PEDOT:PSS薄膜和< 100 nm的銀納米線薄膜，薄膜中沒有產(chǎn)生空洞。有關更深入的解釋，請參閱我們的應用說明:薄膜的薄片電阻測量。
我是否需要自己的源測量單位(源表)?
該系統(tǒng)有一個內(nèi)置的Ossila源測量單元(SMU)，所以您不需要再買了。
該系統(tǒng)能測量的電阻率/電導率范圍有多大?
當系統(tǒng)測量樣品的薄片電阻時，無法給出可測量電阻率或電導率的一般范圍。這是因為可測量的電阻率范圍取決于被測樣品的厚度。試樣的電阻率可由其薄片電阻和厚度計算，公式如下:
該系統(tǒng)的測量范圍在100 mΩ/□和10 MΩ/□之間，所以如果我們使用上述公式中的這些值, 測量的樣品厚度是50 nm的話，那么該系統(tǒng)可以測量的電阻率(電導率)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(電導率)范圍為40µΩ.m到4 kΩ.m (250µS/m ~ 25ks/m)。下表為系統(tǒng)測量不同數(shù)量級厚度樣品的電阻率和電導率范圍:
樣品厚度 | 電阻率范圍 | 電導率范圍 |
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計嗎?
目前我們提供單一探針布局，即探針間距1.27 mm的線性探針，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格合理的四點探針系統(tǒng)，同時仍然提供可靠和準確的薄片電阻測量。
這個價格包括所有配置嗎?
是的，產(chǎn)品頁面上顯示的一切都包括在內(nèi)! 源-測量單元，四點探針頭，線性平移平臺，軟件，甚至ito涂層玻璃基片!
技術規(guī)格
測量規(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 | 準確性* | 精確度** | 測量范圍 |
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 |
*準確性是與真實值相比較的偏差.
** 精度是同一測量值之間的偏差(用于比較測量).
物理規(guī)格
探針距離 | 1.27 mm |
矩形樣品尺寸范圍 | 長邊最小: 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
· 界面簡潔直觀
· 數(shù)據(jù)保存到.csv文件
· 計算已知厚度樣品的電阻率和電導率
· 自動校正因子計算
直觀和用戶友好的獨立PC程序用于控制四點探針測量，快速表征材料，而不需要用戶自己編寫任何代碼。該PC軟件可為給定的樣本幾何形狀計算適當?shù)膸缀涡拚?/span>數(shù)，以確保準確的結果。如果提供了樣品厚度，它還可以計算樣品的電阻率和電導率，以便對材料進行廣泛的電氣表征。
薄板電阻Lite測量軟件
100nm ITO薄膜的四點探針測量(S111)
該軟件將數(shù)據(jù)保存到逗號分隔值(.csv)文件，方便將數(shù)據(jù)導入到您喜歡的分析軟件。高級設置讓您對測量有更大的控制，允許您設置電壓和電流限制，執(zhí)行負極性測量，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 |
可用硬盤空間 | 178 MB |
顯示器分辨率 | 1440 x 900 |
接口 | USB 2.0, or Ethernet (requires DHCP) |
應用
材料特性描述-電阻率是材料的固有特性，是一種重要的電學性質(zhì)。它可以通過測量已知厚度的薄膜的薄片電阻來確定，這使四點探針測量成為材料電學表征的關鍵技術。
薄膜太陽能電池和發(fā)光二極管-薄膜設備(如鈣鈦礦太陽能電池或有機發(fā)光二極管)需要橫向傳輸電荷的薄導電電極來提取。因此，在這一階段，需要使用低薄片電阻的材料來減少潛在的損失。當嘗試放大這些設備時，這就變得更加重要了，因為電荷在被提取出來之前必須沿著電極走得更遠。
請注意，這個系統(tǒng)不適合硅或其他自然形成絕緣氧化物層的材料。要測量這類材料，需要用探針穿透氧化層，這可能無法用該系統(tǒng)使用的彈簧加載的圓形探針。
理論
四點探針是測量材料薄片電阻的設備。薄片電阻是一種材料的電阻率除以它的厚度，表示橫向電阻通過一個薄的方形導電/半導體材料。這種測量方法使用四個探針排列在一條線上，每個探針之間的間距相等。外部兩個探頭之間通過電流，導致內(nèi)部兩個探頭之間的電壓降低。通過測量電壓的這種變化，可以用下面的等式來計算薄片電阻
這里，I是外加電流，ΔV是內(nèi)側(cè)兩個探頭之間的電壓下降值。這個方程的結果還必須乘以一個幾何修正因數(shù)，該修正因數(shù)基于樣品的形狀、大小和厚度。這就解釋了通過樣本的可能影響測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于薄板電阻理論背后的理論、幾何校正因數(shù)和四點探針技術的更深入的解釋。
