재료공학기초실험(1)_면저항실험_반데르발스

재료공학기초실험(1)_면저항실험_반데르발스_4point probe

문서 내 토픽

1. 면저항의 정의

얇은 박막의 저항을 측정하는 것이다. (박막: 두께가 1마이크로 내외) R = (ρ/τ)(L/W) = Rs(L/W) (R=V/I) Rs = (ρ/τ) * 비저항(ρ) : 단위면적당 단위길이당 저항이다. 즉, 가로, 세로, 높이의 길이를 모두 1cm로 통일한 후 resistivity를 구하는 것이다. 비저항의 의의는 똑같은 크기로 만들어서 서로 다른 재료간의 저항을 비교할 수 있다는 것이다.
2. Van der pauw's method

대표적인 면저항 측정 방법 중 하나로, A와 B에 전류를 흘리고, C와 D에 전압을 측정한다. 이를 통해 Rs값을 구할 수 있다. Rs = ρ/t = (π/ln2) VCD/ IAB. 이 방법은 균일한 샘플의 저항률을 측정하기 위해 반도체 산업현장에서 가장 폭넓게 사용되고 있다.
3. 4 point probe

대표적인 면저항 측정 방법 중 하나로, 두께가 t인 박막에 4개의 탐침(prove)를 등간격으로 배열한다. 바깥쪽 두 개의 탐침(1번과 4번)에 일정한 전류 I를 흘려주고, 안쪽탐침(2번과 3번)에서 전압을 측정한다. 이를 통해 Rs값을 구할 수 있다. ρ=2πs V/I(-Ω-m) for t>>s ρ=(πto/ln2) V/I(-Ω-m) for t>>s Rs = ρ/t = (π/ln2) V/I =4.53V/I. 이 방법은 디스플레이 및 반도체 공정에서 박막의 면저항을 측정하여 균일성 및 전기적 특성을 모니터링하는데 사용된다.
4. 보정표 사용이유

4 point probe에서 측정한 값들을 통해 면저항을 구할 때 면저항 단위인 ohm/sq로 계산하기 위해 보정계수(C.F)를 적용한다. 보정계수는 샘플사이즈와 박막의 두께, 측정온도의 3가지 계수를 이용하여 산출된다.
5. 4 point probe 측정 방식

4 point probe에서는 바깥쪽 탐침에 전류를 걸고, 안쪽 탐침에서 전압을 측정한다. 이는 접촉저항과 전류계의 저항으로 인한 오차를 줄이기 위해서이다. 전류를 일정하게 흘리고 전압을 측정할 경우, 전압계의 내부 임피던스가 무한대에 가까워야 정확한 전압 측정이 가능하다.
6. 실험 결과

ITO 박막에 대해 4 point probe 방식으로 면저항을 측정한 결과, 실험값은 30.57 Ω/sq, 이론값은 30.85 Ω/sq로 0.28 Ω/sq의 오차가 있었다. 이는 시편 크기가 무한대로 가정되지 않아 보정계수를 적용해야 했기 때문이다.
7. 고찰

4 point probe 방식은 박막의 면저항을 정확하게 측정할 수 있는 대표적인 방법이다. 하지만 시편 크기가 무한대로 가정되지 않는 경우 보정계수를 적용해야 한다. 또한 Van der pauw's method와 같은 다른 면저항 측정 방법도 있으며, 이는 반도체 산업에서 중요한 역할을 한다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

1. 주제2: Van der pauw's method

Van der Pauw 방법은 임의의 형태를 가진 시편의 면저항을 측정하는 대표적인 기법입니다. 이 방법은 시편의 형태에 관계없이 면저항을 정확하게 측정할 수 있다는 장점이 있습니다. 시편의 네 모서리에 전극을 부착하고, 전류를 인가하여 전압을 측정하는 방식으로 면저항을 계산합니다. Van der Pauw 방법은 균일한 시편에 대해 신뢰성 있는 결과를 제공하며, 반도체 공정이나 박막 재료 분석에 널리 활용되고 있습니다.
2. 주제4: 보정표 사용이유

4 point probe 방법을 통해 면저항을 측정할 때, 보정표를 사용하는 이유는 측정 결과의 정확도를 높이기 위해서입니다. 4 point probe 방법에서는 탐침 간 간격, 시편의 크기 및 형태 등 다양한 요인들이 측정 결과에 영향을 미칠 수 있습니다. 보정표는 이러한 요인들을 고려하여 실제 면저항 값을 보정해주는 역할을 합니다. 보정표를 사용함으로써 측정 오차를 최소화하고, 보다 정확한 면저항 값을 얻을 수 있습니다. 이는 반도체 공정이나 박막 재료 분석에서 매우 중요한 요소가 됩니다.
3. 주제6: 실험 결과

실험 결과에 대한 분석은 매우 중요합니다. 실험 결과를 통해 시편의 전기적 특성을 정량적으로 파악할 수 있기 때문입니다. 면저항 측정 실험의 경우, 측정값과 이론값의 차이, 측정 오차, 재현성 등을 면밀히 검토해야 합니다. 이를 통해 시편의 균일성, 결함 유무, 공정 조건의 적절성 등을 판단할 수 있습니다. 실험 결과에 대한 심도 있는 분석은 반도체 공정 개선이나 박막 재료 개발에 필수적인 정보를 제공할 수 있습니다.