Vier-Punkt-Methode

Die Vierpunktmethode, auch Vierpunktmessung oder Vierspitzenmessung, ist ein Verfahren, um den Flächenwiderstand, also den elektrischen Widerstand einer Oberfläche oder dünnen Schicht, zu ermitteln.

Beschreibung

Anordnung der Messspitzen

Vier Messspitzen werden in einer Reihe auf die Oberfläche gebracht, wobei über die beiden Äußeren ein bekannter Strom fließt und mit den beiden Inneren der Potentialunterschied, das heißt,die elektrische Spannung zwischen diesen Spitzen, gemessen wird. Da das Verfahren auf dem Prinzip der Vierleitermessung beruht, ist es weitgehend unabhängig vom Übergangswiderstand zwischen den Messspitzen und der Oberfläche (Prinzip Thomson-Brücke). Je dichter die Spitzen dem Rand der Probe kommen, desto mehr wird die Messung verfälscht: Die elektrischen Stromlinien können sich nicht frei ausbreiten, sie müssen parallel zum Rand der Probe fließen.

Wenn benachbarte Messspitzen jeweils den gleichen Abstand haben, erhält man den Flächenwiderstand $\rho_{\Box}$ aus der gemessenen Spannung U und dem Strom I mittels:

$\rho_{\Box} = \frac{\pi}{\ln{2}} \frac{U}{I}$.

Vierpunktmessungen werden beispielsweise in der Halbleitertechnologie eingesetzt, um den Flächenwiderstand einer auf den Halbleiter aufgebrachten Schicht zu bestimmen, dabei kann jedoch die Schicht durch die Messspitzen beschädigt werden.

Um aus dem Flächenwiderstand $\rho_{\Box}$ den spezifischen Widerstand ρ des Schichtmaterials zu errechnen, multipliziert man ihn mit der Schichtdicke d:

$\rho = {d} \cdot {\rho_{\Box}}$

Zur Bestimmung des spezifischen Widerstandes einer Schicht bzw. deren Flächenwiderstandes bei beliebiger Anordnung der Messkontakte wurde die Van-der-Pauw-Messmethode entwickelt.

Anwendung

Die Vierpunktmethode ist die Standardmessmethode zur Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit in der Halbleiterindustrie (Halbleitertechnik, Photovoltaik, usw.).

Weblinks

• Erklärung auf der Website von ICR Jena