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方阻的定义
Definition of Square Resistance
方块电阻(简称方阻;符号:RS;单位Ω/SQ)
描述了导电及半导体薄层材料的正方形层传导特定电流的能力,是衡量薄层材料电学特性的一个标准。可以通过测量方阻值来判定沉积膜层、导电薄膜等材料的质量合格与否。
方阻值与材料的电阻率和薄层厚度有关,其公式为:P=RS·T (其中,P是电阻率;RS是方阻;T是材料的厚度), 与材料的尺寸大小无关,如下图所示 :
方阻的测量
Measurement of Square Resistance
方块电阻的测量有两种不同的模式:接触式测量与非接触式测量。
01
接触式测量
四探针法
最常用的接触式测量是四探针法。
其工作原理是:
(1)将四个等距且共线排列的四根探针接触材料;
(2)在两个外部探针之间施加恒定电流;
(3)通过测量两个内部探针之间的电位差来确定电阻。
四探针法因为电流路径受到产品几何结构的影响,往往只在被检产品中心可以得到最精确的值。
02
非接触式测量
涡流法
最常用的非接触式测量是涡流法。
涡流是当穿过导体的磁通量发生变化时,由于发生电磁感应现象(楞次定律)在导体中形成的环形电流。
设备通过线圈驱动交流电产生一个初级电磁场,在导电材料中引起电涡流。
在测试对象中的感应电流与应用于感应线圈的交流频率相同,产生一个与初级场相反的次级场,由两个场的总和或场的变化测得方块电阻。
涡流检测法不需要检测设备与被检产品接触,被广泛用于材料的在线裂纹检测,这是因为裂纹会引起较大的局部电导率变化。
基于涡流法的高灵敏度和空间分辨率的电导率分析可以解决材料电阻率测量、金属等导电薄层厚度测量、碳纤维测试等其他许多检测任务,从而:
● 根据薄膜功能需求找到更有效的层叠方式
● 提升导电涂层的均匀性
● 通过工艺优化与工艺控制降低材料成本
● 优化工艺周期时间与机器利用率
● 适应基材尺寸和沉积时间
性能对比
Performance comparison
准确
快速
两种方阻测试方法中涡流法能达到更精确的测量,不会因为接触的产品质量不均匀而受到影响,不会损坏敏感产品的表面。
涡流法还可以准确地测量无法接触到的埋藏层或封装层,采用非接触技术,不会磨损探测针头或针尖,避免了周期性更换四点式探针设备产生的高额成本。
另一个涡流法显著的优势是测量时间极短,每次测量只需要几毫秒,节省了接触产品的时间,这允许了在生产过程中进行在线高速测量。
涡流方块电阻测绘系统在几秒钟内就能测量出数千个位置,不需要在测量点之间进行插值,这点在四点式探针测绘系统中通常是需要的。
涡流法除了可以准确且快速地识别材料的缺陷和不均匀区域,还多用于非接触测量从几纳米到几毫米范围的导电薄层厚度(取决于电导率)。
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