Resistiivisyyksien määrittäminen nelipistemittausmenetelmällä

Abstract

Resistiivisyys ja sen käänteissuure johtavuus ovat merkittäviä aineen sähköisiä ominaisuuksia. Niiden avulla voidaan selvittää kuuluuko aine eristeisiin vai johteisiin. Resistiivisyys ja siten myös johtavuus on välttämätöntä määritellä virheellisen käyttämisen estämiseksi. Nämä suureet vaikuttavat oleellisesti sähköisesti herkkien komponenttien valmistukseen, kuljetukseen ja asennukseen. Erityisesti kuljetuksessa on tarpeellista tietää kerrospaksuudet ja resistiivisyydet samanaikaisesti, jotta kuljetus voidaan suorittaa turvallisesti. Resistiivisyyden mittaamiseen on useita menetelmiä, jotka soveltuvat eri tarkoituksiin ja olosuhteisiin. Mitattava resistiivisyys voi olla bulkki- tai pintaresistiivisyyttä. Bulkki- ja pintaresistiivisyyden mittaamiseen on omat menetelmänsä. Lisäksi joillakin menetelmillä voi mitata molempia. Tässä tutkimuksessa erityisesti perehdytään ja käytetään nelipistemittausmenetelmää resistiivisyyden määritykseen. Nelipistemittauksessa hyödynnetään neljää mittauselektrodia tulosten saamiseksi. Tutkimuksessa simuloitiin nelipistemittausmenetelmää käyttämällä COMSOL Multiphysics -ohjelmaa. COMSOL -ohjelmalla pystytään tekemään todenmukainen mittaus tietokonesimulaationa ilman ulkoista koejärjestelyä. Simulaatioiden avulla tutkitaan potentiaalin käyttäytymistä kerrosrakenteisessa kappaleessa. Potentiaalin käyttäytymistä tutkimalla saatujen tulosten perusteella selvitetään voidaanko nelipistemittausmenetelmällä määritellä kerrosrakenteisen kappaleen kerrospaksuudet ja resistiivisyydet samanaikaisesti. Tämän määrittämiseksi tehtiin simulaatioita kerrospaksuuksia, elektrodien etäisyyksiä ja johtavuutta muuttamalla. Tutkimustuloksena saatiin yhtälöpari, josta voidaan ratkaista kerrosrakenteisen näytteen kerrospaksuudet ja kerrosten resistiivisyydet samanaikaisesti. Tutkimustulosten perusteella voidaan sanoa nelipistemittausmenetelmän olevan tarkka menetelmä resistiivisyyksien ja kerrospaksuuksien määrittämiseen samanaikaisesti. Tiivistetysti ilmaistuna johtopäätöksenä on, että resistiivisyyden ja kerrospaksuuden määrittäminen samanaikaisesti on työlästä.