Medidor de resistencia laminar y resistividad de cuatro puntas

Una lámina de película conductora no tiene una longitud ni una anchura que importen. Lo que tiene es una resistencia por cuadrado, y esa es la cifra que controla realmente una línea de recubrimiento, una fábrica de obleas o un proceso fotovoltaico. Medirla exige cuatro puntos sobre la superficie y no dos pinzas en los extremos.

Vista general del producto

Son instrumentos de banco para resistencia laminar, resistividad y conductividad, con un modo de resistencia simple para piezas macizas. Cada uno hace pasar una corriente por las dos puntas exteriores de un cabezal alineado de cuatro puntas y lee la tensión entre las dos interiores.

Cuatro modelos cubren la gama. El compacto lee de 100 µΩ a 100 kΩ en una pantalla de 4,3 pulgadas. Los tres mayores van de 10 µΩ a 1 MΩ, de 1 µΩ a 20 kΩ y de 1 µΩ a 100 MΩ, con pantallas de 7 pulgadas y un modo de medición dual que corrige la deriva de las puntas y los efectos de borde. La exactitud de resistencia laminar se declara por separado de la exactitud de resistencia, en 3 % o 4 %, porque depende de la geometría además de la electrónica.

Los cuatro aceptan los mismos cabezales y el mismo soporte, miden la temperatura junto al resultado eléctrico y llevan HANDLER, RS232, RS485 y USB host de serie.

Cómo funciona el medidor de cuatro puntas

Se presionan cuatro puntas sobre la superficie en línea y equidistantes. Las dos exteriores llevan una corriente conocida; las dos interiores miden la tensión que esa corriente produce entre ellas. Como las puntas de tensión no consumen prácticamente corriente, la resistencia de contacto bajo esas dos puntas no entra en la lectura, y la de las propias puntas tampoco.

Para una capa delgada en comparación con la separación entre puntas, la resistencia laminar es proporcional a la tensión medida dividida por la corriente, con una constante fijada por la geometría. El instrumento aplica esa constante, de modo que el visualizador lee en ohmios por cuadrado. Cuando la capa no es delgada frente a la separación, o la muestra es pequeña, se aplica un factor de corrección, y ahí es donde el modo de medición dual y la separación correcta entre puntas se ganan su lugar.

La resistividad sale de la resistencia laminar multiplicada por el espesor. El espesor se introduce antes del ensayo, y por eso el instrumento puede mostrar la resistividad directamente en lugar de pedir al operador que multiplique después. La conductividad es su recíproco, expresado en siemens por unidad de longitud.

Cómo elegir el medidor de cuatro puntas adecuado

Empiece por la ventana de resistencia laminar. El vidrio recubierto y las películas metálicas delgadas se sitúan en los ohmios por cuadrado bajos y encajan con el modelo de baja resistencia; las capas semiconductoras y las películas poco dopadas están más arriba y necesitan el modelo de rango amplio; un laboratorio que ve ambas cosas necesita el amplio y debe aceptar su exactitud más gruesa en los extremos.

Después, el material, porque fija el cabezal. Carburo de tungsteno a 1 mm para obleas duras, cobre berilio a 2 mm para metales y paneles fotovoltaicos, 4 mm para muestras mayores, y una punta de goma conductora para películas que una aguja perforaría. El cabezal, y no el instrumento, decide si la muestra sobrevive a la medición.

Después, el tamaño de la muestra frente a la separación entre puntas. Una probeta pequeña en relación con la separación necesita una corrección, y los modelos con modo de medición dual la manejan mejor. Un panel de 200 mm no la necesita.

Después, el rango de espesor. Una lectura de resistividad es tan buena como el espesor introducido, y una muestra cuyo espesor varía en su superficie dará una resistividad que varía por una razón que el instrumento no puede ver.

Por último, la salida. Un laboratorio necesita el visualizador y el registro por USB; una línea de recubrimiento necesita el handler o el enlace serie y un comparador con límites por producto.

Limitaciones de medición y criterios de selección

La medición supone una capa homogénea. Un recubrimiento con una piel resistiva sobre una base conductora, o una oblea con un perfil de implantación, no es una sola lámina, y la lectura de cuatro puntas es un promedio de lo que muestrea el camino de corriente, ponderado hacia la superficie.

La presión de las puntas importa. Con demasiado poca, el contacto es inestable; con demasiada, se perfora una película blanda o se agrieta una oblea delgada. El material no da ninguna cifra de presión, y la presión correcta depende de la punta y de la muestra, así que tiene que establecerse sobre el propio material.

La lectura es en la superficie, bajo las puntas. Una muestra que acaba de manipularse, limpiarse o recubrirse puede seguir cambiando; la indicación de temperatura y humedad está ahí para hacerlo visible, y la compensación de temperatura solo corrige una cifra, no la deriva.

Los efectos de borde son la mayor fuente de error en muestras pequeñas. La dispersión de corriente cerca de un borde reduce la resistencia laminar aparente, y la corrección depende de la distancia entre las puntas y el borde. Un utillaje que sitúe las puntas a una distancia repetible del borde vale más que un instrumento mejor.

Por último, este no es un instrumento de cartografía. Mide donde se colocan las puntas; una oblea o un panel tiene una distribución, y caracterizarla exige una plataforma que mueva la muestra entre lecturas.