Construction and implementation of a 4-probe measuring system to determinate the temperature dependent sheet resistance of thin films

Abstract

In order to build machines, electronic devices, it is necessary to know all properties of the materials. The machines and electronic devices use parts that are interconnected, the mechanical properties are important, but for some specific tasks the electrical properties are more important. In this sense it is necessary to predict the behavior of this parts in different temperatures to the environment. The present thesis focus on implementation of a 4-probe measuring system to determinate the sheet resistance of thin film samples showing the dependency of the resistivity on the film thickness as well as on the deposition temperature. The method used to determine the resistivity is the modified van der Pauw Method. Therefore, it is important the measurement of the current and the voltage drop in the sample. It is also important to measure the distance between tips, in order to calculate the resistivity. Furthermore, it is also important to find the correct transformation that maps any four point of a plane to a new plane with four collinear points. The measurements are controlled via LabVIEW and the measured data is displayed in the user interface.

Con el fin de construir máquinas, dispositivos electrónicos, es necesario conocer todas las propiedades de los materiales. Las máquinas y los dispositivos electrónicos utilizan piezas que están interconectados, las propiedades mecánicas son importantes, pero para algunas tareas específicas son más importantes las propiedades eléctricas. En este sentido es necesario predecir el comportamiento de estas piezas a diferentes temperaturas. La presente tesis se centra en la implementación de un sistema de medición 4-puntas para determinar la resistencia laminar de las muestras de las láminas delgadas, que demuestran la dependencia de la resistividad respecto al espesor de la lámina, así como de la temperatura de deposición. El método utilizado para determinar la resistividad es el van der Pauw modificado. Por lo tanto, es importante la medición de la corriente y la caída de tensión en la muestra. También es importante la medición de la distancia entre las puntas, para calcular la resistividad. Sin embargo, también es importante encontrar la correcta transformación que mapea cuatro puntos de un plano a un nuevo plano con cuatro puntos en lineados. Para la dependencia de la resistividad de la temperatura se utilizará el método der Pauw van modificado. Las mediciones se controlan a través de LabVIEW y los datos medidos se muestran en una interfaz de usuario.

Um Maschinen und elektronische Geräte zu bauen ist es notwendig alle Eigenschaften der Materialien zu kennen. In Maschinen und elektronischen Geräte werden Teile verwendet, welche miteinander verbunden werden, wobei deren mechanische Eigenschaften wichtig sind, aber für manche spezifische Aufgaben sind die elektrischen Eigenschaften wichtiger. In diesem Zusammenhang ist es notwendig vorauszusagen, wie sich das Verhalten dieser Teile bei verschiedenen Temperaturen zur Umgebung ändert. Die vorliegende Arbeit konzentriert sich auf die Implementierung eines 4-Punkt-Messsystems zur Bestimmung des Plattenwiderstandes von dünnen Filmproben sowie der Abhängigkeit des spezifischen Widerstands von der Filmdicke als auch der Fertigungstemperatur der Probe. Das Verfahren, welches verwendet wird um den spezifischen Widerstand zu bestimmen, ist die modifizierte van der Pauw Methode. Deshalb ist das Maß des Stroms und der Spannungsabfall in der Probe wichtig. Es ist noetig, die Entfernung zwischen den Messpunkten zu bestimmen, um den spezifischen Widerstand zu berechnen. Desweiteren ist es auch wichtig, die richtige Transformation zu finden, um jeden der vier Punkte einer Ebene in einer neuen Ebene mit vier Collinearen-Punkten kartografisch darzustellen. Die Messwerte werden mit Hilfe von LabVIEW ueberwacht, und die Messdaten werden in einer Benutzeroberflaeche angezeigt.