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4단자 전기전도도 측정법

2009-10-27 org.kosen.entty.User@540f02dc 윤종설(seori1004)
  • 2

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세라믹 소결체의 전기전도도를 측정하려고 합니다. 제가 배운내용은 첨부그림에서 (a)형태의 구성으로 측정을 하는 것 입니다만, reference를 찾다보니 Electrical conductivity in ceramics and glass - Norman M. Tallan 에 첨부의 (b)의 구성으로 측정하는 방법이 나와있습니다. 일단 (a)와 (b)가 다른점은 4개의 probe를 (a)는 와이어로 묶은형태이고, (b)의 경우 current source 가 되는 probe 부분이 전체면적으로 이루어져 있다는 점 이 될것 같습니다. 두가지를 비교하다보니 몇가지 궁금한것이 있어 조언을 구하고자 합니다. 궁금한점은 1. (a)와 (b)의 구성방법이 측정값에 차이를 나타낸다면 어떤이유이며 어떤구성이 바람직할지? 2. 일반적으로 표면저항측정시 4개의 probe 간격이 일정해야되는것으로 알고 있는데, 소결체의 경우 4개중 내부의 probe 간격 즉, 전압측정 probe의 간격만 알면 계산에 문제가 없는것인지 아니면 반드시 4개의 probe 간격이 일정해야 하는지? 입니다. 많은 분들의 고견 부탁드립니다. 감사합니다.
  • 4단자법
  • 전기전도도
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답변 2
  • 답변

    최성호님의 답변

    2009-11-03
    • 3
    좋은 답변을 먼저 해 주셨으나 추가해서 설명드리겠습니다. 첨부하신 그림 (b)의 경우는 통상 'Four-electrode measurement'라 하고, 그림 (a)의 경우는 'Four-point probe measurement'로 생각됩니다. 다만 그림상 (a)는 프루브형태가 아닌 와이어로 묶은 구조네요. 우선 두 방법 모두 전류가 흐르는 곳의 voltage drop을 배제하여 재료 고유의 conductivity (resistivity)를 측정하고자 하는 점에서는 동일하지만 (a)의 경우는 프루브의 간격이 일정해야하고, 간격과 측정하고자는 샘플의 두께에 따라 적용하는 식이 달라집니다. (식은 다른분의 답변을 참조) 웨이퍼상의 박막저항 측정에 많이 쓰이는 방법으로 알고 있습니다. 반면에 (b)의 방법은 세라믹 conductivity 측정에 통상적으로 사용하는 방법으로 Voltage를 측정하는 단자의 거리와 샘플의 단면적만 정확히 아시면 됩니다. 적용식은 conductivity = 1/resistance * L(단자거리) / A(단면적)이 됩니다. Resistance는 I 값에 대한 V값을 측정하여 계산하면 되겠지요. 샘플의 종류에 따라 다르겠지만 (a)타입으로 와이어링을 하시면, 정확한 간격을 유지하기 힘드실테니, 샘플의 단면에 전극을 입히는 (b)타입의 실험이 훨씬 간편하고 오류를 줄일 수 있을 것으로 생각됩니다. 도움이 되시길 바랍니다. >세라믹 소결체의 전기전도도를 측정하려고 합니다. >제가 배운내용은 첨부그림에서 (a)형태의 구성으로 측정을 하는 것 입니다만, reference를 찾다보니 Electrical conductivity in ceramics and glass - Norman M. Tallan >에 첨부의 (b)의 구성으로 측정하는 방법이 나와있습니다. >일단 (a)와 (b)가 다른점은 4개의 probe를 (a)는 와이어로 묶은형태이고, (b)의 경우 current source 가 되는 probe 부분이 전체면적으로 이루어져 있다는 점 이 될것 같습니다. >두가지를 비교하다보니 몇가지 궁금한것이 있어 조언을 구하고자 합니다. >궁금한점은 > >1. (a)와 (b)의 구성방법이 측정값에 차이를 나타낸다면 어떤이유이며 어떤구성이 바람직할지? > >2. 일반적으로 표면저항측정시 4개의 probe 간격이 일정해야되는것으로 알고 있는데, 소결체의 경우 4개중 내부의 probe 간격 즉, 전압측정 probe의 간격만 알면 계산에 문제가 없는것인지 아니면 반드시 4개의 probe 간격이 일정해야 하는지? > >입니다. > >많은 분들의 고견 부탁드립니다. >감사합니다. > > >
    답변수정
    좋은 답변을 먼저 해 주셨으나 추가해서 설명드리겠습니다. 첨부하신 그림 (b)의 경우는 통상 'Four-electrode measurement'라 하고, 그림 (a)의 경우는 'Four-point probe measurement'로 생각됩니다. 다만 그림상 (a)는 프루브형태가 아닌 와이어로 묶은 구조네요. 우선 두 방법 모두 전류가 흐르는 곳의 voltage drop을 배제하여 재료 고유의 conductivity (resistivity)를 측정하고자 하는 점에서는 동일하지만 (a)의 경우는 프루브의 간격이 일정해야하고, 간격과 측정하고자는 샘플의 두께에 따라 적용하는 식이 달라집니다. (식은 다른분의 답변을 참조) 웨이퍼상의 박막저항 측정에 많이 쓰이는 방법으로 알고 있습니다. 반면에 (b)의 방법은 세라믹 conductivity 측정에 통상적으로 사용하는 방법으로 Voltage를 측정하는 단자의 거리와 샘플의 단면적만 정확히 아시면 됩니다. 적용식은 conductivity = 1/resistance * L(단자거리) / A(단면적)이 됩니다. Resistance는 I 값에 대한 V값을 측정하여 계산하면 되겠지요. 샘플의 종류에 따라 다르겠지만 (a)타입으로 와이어링을 하시면, 정확한 간격을 유지하기 힘드실테니, 샘플의 단면에 전극을 입히는 (b)타입의 실험이 훨씬 간편하고 오류를 줄일 수 있을 것으로 생각됩니다. 도움이 되시길 바랍니다. >세라믹 소결체의 전기전도도를 측정하려고 합니다. >제가 배운내용은 첨부그림에서 (a)형태의 구성으로 측정을 하는 것 입니다만, reference를 찾다보니 Electrical conductivity in ceramics and glass - Norman M. Tallan >에 첨부의 (b)의 구성으로 측정하는 방법이 나와있습니다. >일단 (a)와 (b)가 다른점은 4개의 probe를 (a)는 와이어로 묶은형태이고, (b)의 경우 current source 가 되는 probe 부분이 전체면적으로 이루어져 있다는 점 이 될것 같습니다. >두가지를 비교하다보니 몇가지 궁금한것이 있어 조언을 구하고자 합니다. >궁금한점은 > >1. (a)와 (b)의 구성방법이 측정값에 차이를 나타낸다면 어떤이유이며 어떤구성이 바람직할지? > >2. 일반적으로 표면저항측정시 4개의 probe 간격이 일정해야되는것으로 알고 있는데, 소결체의 경우 4개중 내부의 probe 간격 즉, 전압측정 probe의 간격만 알면 계산에 문제가 없는것인지 아니면 반드시 4개의 probe 간격이 일정해야 하는지? > >입니다. > >많은 분들의 고견 부탁드립니다. >감사합니다. > > >
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  • 답변

    육종설님의 답변

    2009-11-02
    • 2
    4단자 측정을 해본 경험이 있어 몇자 적어 봅니다. 우선 전기전도도를 측정하기 위해서는 측정하려는 물질에 전극을 연결해야 합니다. 이때 접촉 저항과 전극선에 의한 저항 때문에 원래 측정하려는 물질의 전기전도도를 정확히 측정할 수 없게 됩니다. 그래서 정확한 값을 얻기 위해 4단자 방법을 사용합니다. 구성은 보통 a)처럼 전극 간격이 일치해야 됩니다. 1) bulk material (t (thickness) > s) resistivity = 2*pi*s*(V/I) 2) thin layer (t (thickness) << s) resistivity = ((pi*t)/(ln 2)) * (V/I) cf. conductivity = 1/resistivity resistivity : ohm-cm s : probe space (cm) V : measured voltage (V) I : source current (A) >세라믹 소결체의 전기전도도를 측정하려고 합니다. >제가 배운내용은 첨부그림에서 (a)형태의 구성으로 측정을 하는 것 입니다만, reference를 찾다보니 Electrical conductivity in ceramics and glass - Norman M. Tallan >에 첨부의 (b)의 구성으로 측정하는 방법이 나와있습니다. >일단 (a)와 (b)가 다른점은 4개의 probe를 (a)는 와이어로 묶은형태이고, (b)의 경우 current source 가 되는 probe 부분이 전체면적으로 이루어져 있다는 점 이 될것 같습니다. >두가지를 비교하다보니 몇가지 궁금한것이 있어 조언을 구하고자 합니다. >궁금한점은 > >1. (a)와 (b)의 구성방법이 측정값에 차이를 나타낸다면 어떤이유이며 어떤구성이 바람직할지? > >2. 일반적으로 표면저항측정시 4개의 probe 간격이 일정해야되는것으로 알고 있는데, 소결체의 경우 4개중 내부의 probe 간격 즉, 전압측정 probe의 간격만 알면 계산에 문제가 없는것인지 아니면 반드시 4개의 probe 간격이 일정해야 하는지? > >입니다. > >많은 분들의 고견 부탁드립니다. >감사합니다. > > >
    답변수정
    4단자 측정을 해본 경험이 있어 몇자 적어 봅니다. 우선 전기전도도를 측정하기 위해서는 측정하려는 물질에 전극을 연결해야 합니다. 이때 접촉 저항과 전극선에 의한 저항 때문에 원래 측정하려는 물질의 전기전도도를 정확히 측정할 수 없게 됩니다. 그래서 정확한 값을 얻기 위해 4단자 방법을 사용합니다. 구성은 보통 a)처럼 전극 간격이 일치해야 됩니다. 1) bulk material (t (thickness) > s) resistivity = 2*pi*s*(V/I) 2) thin layer (t (thickness) << s) resistivity = ((pi*t)/(ln 2)) * (V/I) cf. conductivity = 1/resistivity resistivity : ohm-cm s : probe space (cm) V : measured voltage (V) I : source current (A) >세라믹 소결체의 전기전도도를 측정하려고 합니다. >제가 배운내용은 첨부그림에서 (a)형태의 구성으로 측정을 하는 것 입니다만, reference를 찾다보니 Electrical conductivity in ceramics and glass - Norman M. Tallan >에 첨부의 (b)의 구성으로 측정하는 방법이 나와있습니다. >일단 (a)와 (b)가 다른점은 4개의 probe를 (a)는 와이어로 묶은형태이고, (b)의 경우 current source 가 되는 probe 부분이 전체면적으로 이루어져 있다는 점 이 될것 같습니다. >두가지를 비교하다보니 몇가지 궁금한것이 있어 조언을 구하고자 합니다. >궁금한점은 > >1. (a)와 (b)의 구성방법이 측정값에 차이를 나타낸다면 어떤이유이며 어떤구성이 바람직할지? > >2. 일반적으로 표면저항측정시 4개의 probe 간격이 일정해야되는것으로 알고 있는데, 소결체의 경우 4개중 내부의 probe 간격 즉, 전압측정 probe의 간격만 알면 계산에 문제가 없는것인지 아니면 반드시 4개의 probe 간격이 일정해야 하는지? > >입니다. > >많은 분들의 고견 부탁드립니다. >감사합니다. > > >
    윤종설(seori1004) 2009-11-03

    답변감사합니다.
    내용중 한가지 더 궁금한점이 있습니다. 식에 보면 샘플의 크기(면적) 에 대한 항이 없는데, 이는 직류전류라 가정을 하더라도 시편의 표면적(probe 사이)에 관한 항이 있어야 하는것이 아닌지요?

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