طراحی و ساخت دستگاه four-point probe station

یکی از ویژگی های اساسی مواد هادی مقاومت الکتریکی آن هاست که با داشتن تعداد الکترونهای آزاد لایه ظرفیت می توان مقاومت الکتریکی آن ماده را پیدا نمود. با اندازه گیری مقاومت الکتریکی مواد می توان ویژگیها و مشخصات ماده را تعیین نمود. در این پایان نامه بنا داریم به اندازه گیری مقاومت الکتریکی با استفاده چهار پراب همراستا با فاصله ثابت از هم که در تماس با سطح یک ویفر سیلیکونی هستند اقدام کنیم. در عمل ممکن نیست که یک ماده را به مربع های کوچک تقسیم کنیم تا بخواهیم مقاومت تماسی انتهای سطوح را بدست آوریم. روش عملی و مفید اندازه گیری مقاومت الکتریکی استفاده از پراب 4 نقطه است که در آن 4 پراب با سطح فوقانی یک ورقه نازک یا یک ماده خاص تماس داده می شوند. این چهار پراب، همراستا و یا خطی در نظر گرفته می شوند و با یک فاصله ثابت از هم قرار می گیرند. جریان از انتهای دو پراب عبور داده می شود، و ولتاژ بین مرکز دو پراب دیگراندازه گیری می شود. از جمله ویژگی های که هد پراب باید داشته باشد. فاصله بین پراب ها، شعاع پراب ها، جنس پراب ها، اتصال نوکها با کانکتور و فشاری که بر آن ها اعمال می گردد. فاصله بین نوکهای پراب بر اساس اندازه نمونه انتخاب می گردد. هد باید دارای ظریفترین شعاع و بالاترین فشار اعمالی ممکن باشد. فشار اعمالی به نوک پرابها بوسبله فنرهایی فراهم می شود که کالیبره شده اند تا همواره فشار یکسانی به آن ها وارد کنند. این فشار باید تا حدی باشد که تماس آن همواره حفظ شود و یا اینکه اندکی در ماده فرو برود. هر کدام از نوک پرابها دارای فنری مستقل به خود هستند و این فنر باید به گونه ای باشد تا فشار یکسانی را بر نوک اعمال نماید و این فشار باید حتی در صورتیکه سطح به طور کامل مسطح نیست یا هد پراب به خوبی تنظیم و همراستا نیست، تماس نوک پراب به ماده را تضمین نماید. برای آنکه بهترین دقت در اندازه گیری را داشته باشیم، نوک پراب باید به سختی الماس باشد. اوسمیم عنصری است که از تنگستن سخت تر است. سختی اوسمیم خیلی شبیه به سختی الماس است. و مانایی بالایی از خود نشان می دهد. جهت دریافت اطلاعات ورودی، انجام محاسبات و نمایش نتایج روی صفح? نمایش و کلیه عملیات کنترلی از یک میکروکنترولر استفاده شده است. با استفاده از مبدل آنالوگ به دیجیتال داخلی میکروکنترولر قرائت ولتاژ وجریان، به جای ولت متر و آمپر متر به نحو مطلوبی عملیاتی شده و به این ترتیب دستگاه با هزینه ای پایین طراحی و ساخته شده است. چنانچه به دقت بسیار بالاتری نیاز باشد می توان از یک مبدل آنالوگ به دیجیتال بیست بیتی به جای مبدل داخلی میکروکنترولر بهره گرفت.