EP3320348A1 - Vorrichtung und verfahren zur reversiblen kontaktierung - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur reversiblen kontaktierung

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EP3320348A1
EP3320348A1 EP16744318.3A EP16744318A EP3320348A1 EP 3320348 A1 EP3320348 A1 EP 3320348A1 EP 16744318 A EP16744318 A EP 16744318A EP 3320348 A1 EP3320348 A1 EP 3320348A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
particles
magnetic field
μπι
contacting device
contact
Prior art date
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Pending
Application number
EP16744318.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Viöl
Enrico FLADE
Julian PAULUS
Nils Mainusch
Thammo SIEDENBURG
Torge CHRIST
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hochschule Fuer Angewandte Wissenschaft und Kunst Hildesheim/holzminden/goettingen
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Hochschule fuer Angewandte Wissenschaft und Kunst Hildesheim Holzminden Gottingen
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV, Hochschule fuer Angewandte Wissenschaft und Kunst Hildesheim Holzminden Gottingen filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Publication of EP3320348A1 publication Critical patent/EP3320348A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R1/00—Details of instruments or arrangements of the types included in groups G01R5/00 - G01R13/00 and G01R31/00
    • G01R1/02—General constructional details
    • G01R1/06—Measuring leads; Measuring probes
    • G01R1/067—Measuring probes
    • G01R1/06711—Probe needles; Cantilever beams; "Bump" contacts; Replaceable probe pins
    • G01R1/06733—Geometry aspects
    • G01R1/06738—Geometry aspects related to tip portion
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R1/00—Details of instruments or arrangements of the types included in groups G01R5/00 - G01R13/00 and G01R31/00
    • G01R1/02—General constructional details
    • G01R1/06—Measuring leads; Measuring probes
    • G01R1/067—Measuring probes
    • G01R1/06711—Probe needles; Cantilever beams; "Bump" contacts; Replaceable probe pins
    • G01R1/06755—Material aspects
    • G01R1/06761—Material aspects related to layers

Definitions

  • the invention relates to a contacting device with an electrically conductive contact for the reversible contacting of a measuring object. Furthermore, the concerns
  • the invention relates to a measuring device equipped with the contacting device and to a method for determining electrical parameters of a measuring object, in which the measuring object has at least one conductive contact
  • test pins or contact stamp made of a metal or an alloy From practice it is known to use test pins or contact stamp made of a metal or an alloy and bring them into contact with the measurement object. As a result, a current flow between the conductive contact and the measurement object is made possible, so that, for example, a stream
  • the conductive contacts can be lifted off the test object. Ideally, the
  • Residue-free removable contacts and the measurement object remains completely unaffected by the measurement.
  • a contacting device According to the invention, a contacting device
  • the electrically conductive contact in some embodiments of the invention may have a diameter or perimeter of about 1 mm to about 20 mm.
  • the contact can be polygonal or round.
  • the contact may contain a metal or an alloy.
  • the contact may have a surface facing the measurement object, which surface is provided for contacting the measurement object.
  • the contact has a further connection possibility for a measuring line in order to connect the contact and thus ultimately the measured object with a measuring device known per se, a current source or a voltage source.
  • the contact may have a cuboid or cylindrical basic shape.
  • the contact may be made of a sheet, which in addition to the for contacting the Test object provided contact surface has a terminal lug. At this terminal lug a line can be fixed by soldering, crimping or spot welding.
  • Conductive contact contains or consists of copper, aluminum, silver, nickel silver and / or gold.
  • the contact may optionally have a coating which the
  • the electrically conductive contact is not placed directly on the surface of the measurement object. Instead, a very easily deformable, flowable material between the conductive contact and the surface of the test object is to be introduced. This has on the one hand the property to adapt to any existing surface roughness of the measurement object, so that the contact area and thus the number of formed or formable current paths is increased. Furthermore, the relatively soft material avoids the damage of sensitive surfaces, which by direct placement of the metallic
  • Material of the conductive contact can arise on the test object.
  • the conductive contact and the measurement object contains a dust or a plurality of particles, which on the one hand are mutually displaceable and thereby can penetrate into the valleys of a surface roughness to increase the contact area. Furthermore, the particles can prevent large, leading to damage forces or mechanical stresses on the surface of the test object occur. After the measurement, the particles can be removed without residue from the surface of the test object. For example, by blowing off with a gas stream or by cleaning in an ultrasonic bath.
  • the contacting device can comprise a first magnetic field generating device, with which a magnetic field penetrating the conductive contact can be generated, wherein the plurality of particles can be attached to the contact along the field lines of the magnetic field.
  • the particles may be ferrimagnetic or paramagnetic or ferromagnetic. This can cause the particles to move along the field lines of the
  • Magnetic field can be attached to the contact, i. as long as the magnetic field exists, the particles form elongated, from the surface of the conductive contact outgoing dendrites or threads. Because the particles continue against each other
  • the tip of the dendrite can adapt to the surface of the measured object, so that the
  • Damage to the object to be measured can be avoided and roughness can be reliably filled by the particles.
  • the magnetic field generation device can, in some embodiments of the invention, comprise a permanent magnet. point. This allows a reliable and permanent operation of the contacting device, since no auxiliary energy is needed for the connection of the particles to the conductive contact.
  • the first magnetic field generating device may include at least one coil and a solenoid having a coil and a core
  • Particles have a diameter of about 0.5 ⁇ to about 50 ⁇ . In other embodiments of the invention, the particles may have a diameter of about 10 ⁇ to about 40 ⁇ . In yet other embodiments of the invention, the particles may have a diameter of about 15 ⁇ to about 30 ⁇ . Such particles have dimensions which are less than typical roughnesses of surfaces, so that the particles can easily penetrate into the valleys of the roughnesses to fill them up. This increases the number of current paths and thereby the effective contact area on rough surfaces.
  • Particles contain or consist of a ferrite, a stainless steel and / or a carbonyl iron. These particles are ferromagnetic or ferromagnetic and can therefore be reliably connected by the magnetic field generating device to the
  • Particles additionally contain nickel and / or manganese and / or zinc and / or barium and / or strontium. hereby The desired hard or soft magnetic properties can be adjusted depending on the intended application purpose of the contacting device. In some embodiments of the invention, the particles contain
  • the particles contain a nickel-containing stainless steel and / or a manganese-containing
  • Stainless steel and / or a zinc-containing stainless steel include
  • Particles nickel-containing carbonyl iron and / or manganese-containing carbonyl iron and / or zinc-containing carbonyl iron Particles nickel-containing carbonyl iron and / or manganese-containing carbonyl iron and / or zinc-containing carbonyl iron.
  • the particles are provided with a coating.
  • the coating of the particles is provided with a coating.
  • Particles can increase the electrical conductivity, passivate the surface of the particles and / or the
  • Schottky contacts can be formed.
  • Coating of the particles can be available galvanically or by means of plasma PVD. As a result, the particles are simple and inexpensive to produce with the desired properties.
  • Coating the particles contain or consist of silver and / or gold and / or copper and / or nickel.
  • the conductivity of the particles can be increased, so that the measurement accuracy increases further.
  • this relates to a measuring device for determining electrical parameters of a measured object with at least one of the aforementioned contacting devices.
  • Those determined by the meter Electrical parameters may be selected from an electrical resistance, a carrier density, a carrier mobility, a breakdown field strength or other, not mentioned here parameters.
  • the measurements may include both the measurement of the sheet resistance, ie the contacting devices are arranged side by side on the same surface of the measurement object.
  • the volume resistance of the measurement object can be determined, ie the contacting devices are located on opposite surfaces of the measurement object.
  • a measurement of the Hall effect can be made with the contacting device according to the invention.
  • the measuring device may have a second magnetic field generating device, which is arranged opposite to the contacting device, wherein the gap formed between the contacting device and the second magnetic field generating device is provided for receiving the measured object.
  • the second magnetic field generating device By the second magnetic field generating device, an approximately homogeneous magnetic field can be generated with approximately parallel field lines on the surface of the measurement object. Since the particles are arranged along the field lines, the effective diameter of the contacting device on the surface of the measurement object can be reduced.
  • the second magnetic field generating device may also have a permanent magnet or a current-carrying coil, so that the magnetic field can be varied in terms of strength and direction.
  • the measuring device may further comprise a positioning device, with which the gap between the contacting device and the measurement object is adjustable.
  • the positioning device may be selected from a piezo actuator, a Linear motor, a spindle drive or other, known positioning aids. This allows the
  • Measuring device further comprise a control device with which the positioning device can be controlled. By comparing the setpoint with the actual value becomes a
  • Particles are present in air or in a gas atmosphere. This allows easy handling of the measuring device or a simple implementation of the method according to the invention.
  • the particles may be bound in a ferrofluid. This allows the
  • Figure 1 shows a first embodiment of the contacting device according to the invention.
  • FIG. 2 shows a micrograph of the particles on the contacting device according to the invention.
  • FIG. 3 shows a particle in cross section.
  • FIG. 4 shows an electron micrograph of the particles.
  • FIG. 5 shows an embodiment of a measuring device according to the invention.
  • FIG. 6 shows a second embodiment of the invention
  • FIG. 7 shows comparative measurements of the contacting device according to the invention compared with known contacting devices on the basis of a first application example.
  • FIG. 8 shows comparative measurements of the contacting device according to the invention against known contacting devices on the basis of a second example of application.
  • the contacting device 1 has a shaft 10, with which the contacting device mechanically
  • the mechanical fastening can take place by means of a positioning device 70, as will be explained below with reference to FIG. 5.
  • the contacting device 1 has a first magnetic field generating device 21.
  • the magnetic field generating device 21 comprises a permanent magnet.
  • a current-carrying coil can be used, so that the magnetic field can be varied in direction, strength and time. Since the magnetic field is not switched on permanently, the particles 3 in be easily removed from the contacting device 1, in which the magnetic field is turned off.
  • the contacting device has a
  • the conductive contact 4 is formed from a metal sheet, which may have a thickness of about 0.1 mm to about 1 mm.
  • the conductive contact 4 may be copper,
  • the conductive contact 4 can with a
  • the conductive contact 4 is not brought into direct material contact with the measurement object.
  • particles 3 are provided, which are bound by the magnetic field of the first magnetic field generating device 21 to the conductive contact 4.
  • the particles 3 are very small and mutually displaceable, they can on the one hand penetrate into surface roughness of the measurement object and there increase the number of conductive current paths between the contact 4 and the surface of the measurement object. In addition, the allow
  • the particles 3 can be removed from the object to be measured without residue in a simple manner if the contacting device 1 is removed from the surface of the object to be measured after completion of the necessary measurements.
  • the particles 3 are explained in more detail with reference to FIG.
  • the particles 3 Due to the diverging dipole field of the magnetic field generating device 21 and the fact that the particles 3 align along the field lines, they form elongated ones Dendrites or tufts, which extend radially outwards from the surface of the contact 4, for example like a brush or a brush.
  • the dendrites of the particles 3 become thinner toward their tip due to the decreasing magnetic field strength.
  • the tip of the dendrites there are often only individual particles, so that the tips of the dendrites have a diameter in the size of the particles.
  • the tip may therefore have a diameter between about 0.5 ⁇ and about 50 ⁇ or between about 5 ⁇ and about 50 ⁇ or between about 10 ⁇ and about 30 ⁇ .
  • FIG. 3 illustrates the structure of a particle 3 by way of example.
  • the particle 3 according to FIG. 3 has a core 31 and a coating 32.
  • the core 31 may include a ferromagnetic or ferromagnetic material to allow good magnetic coupling to the conductive contact 4 in this manner.
  • paramagnetic materials may also be used for the core 31.
  • carbonyl iron, stainless steels or ferrites are suitable
  • the core 31 is provided with a coating 32, which may consist of a material which has a larger
  • the coating 32 may contain or consist of gold, silver and / or copper.
  • the coating 32 can be wet-chemically deposited, for example without external current or galvanically.
  • the coating 32 may be in a sputtering process or a plasma PVD process
  • FIG. 4 shows, by way of example, particles 3 in an electron micrograph.
  • the particles shown by way of example in FIG. 4 have a core 31 made of a ferrite and a coating 32 made of silver.
  • the measuring device 5 shows a measuring object 5 with a surface 51.
  • the measuring object 5 can be, for example, a metallised foil for producing a battery, a capacitor or a fuel cell. In other embodiments of the
  • the measurement object 5 may be a semiconductor device or a semiconductor wafer.
  • the contacting device 1 should be used to reliably contact the measuring object 5 via its surface 51 and with low contact resistances, so that electrical parameters of the measuring object 5 can be detected.
  • the electrical sheet resistance can be determined using a known four-point measurement.
  • carrier densities or carrier mobilities can be determined, for example by means of the Hall effect.
  • the measurement object 5 is located on a sample holder 50, which can be provided in a manner known per se with a multi-axis manipulation in order to place the measurement object 5 in FIG
  • the sample holder 50 also serves as a conductive rear-side contact in order to detect the volume resistance of the measuring object 5.
  • the sample holder 50 may also be heated or cooled to allow for measurement at different temperatures.
  • For measuring the sheet resistance of the sample holder 50 may also be made insulating, wherein for measuring one or several contacting device (s) 1 in addition
  • the contacting device 1 has a shaft 10 and a first magnetic field generating device 21, as already described above.
  • the conductive contact 4 protrudes on at least one side beyond the magnetic field generating device 21 and forms there a contact lug, with which the conductive contact 4 with a measuring device, a power source or a voltage source is connectable.
  • the area of the conductive contact 4 underlying the magnetic field generating device 21 is occupied by particles 3 which are fixed by the magnetic field generating device 21 on the contact 4.
  • the particles are on the one hand designed such that they are held by the magnetic forces of the magnetic field generating device 21 at the contact and on the other hand have a good electrical conductivity to allow sufficiently good electrical contacts to the measuring object 5.
  • this gap 55 there is a gap 55 between the particles 3 and the surface 51 of the measurement object 5.
  • the size of this gap 55 can be varied by a linear drive 70, which increases or decreases the distance of the contacting device 1 to the surface 51 of the measurement object 5.
  • the particles 3 in a measuring position of the contacting device 1 In a measuring position of the contacting device 1, the particles 3 in
  • the control of the gap 55 and thus the control of the linear drive 70 can be effected by a control device 6.
  • the control device 6 may have a known PID controller. This has the advantage that it does not come to an overshoot when approaching the setpoint of the measuring position, i. the conductive contact 4 does not set on the surface 51 when approaching the measuring position.
  • Gap 55 can be continuously detected by a sensor and fed to the control device 6. in the
  • Photoelectric sensor or a camera 74 used, which detects the position of the contacting device 1 without contact.
  • FIG. 1 An optional second magnetic field generating device 22 is shown in FIG.
  • the second magnetic field generating device 22 is used for field shaping of the generated by the first magnetic field generating device 21
  • the particles 3 can be arranged more uniformly on the contacting device 1, so that, for example, a cuboid or cylindrical cross-section instead of the meniscus-shaped cross section shown in FIG. 5 results during operation of the second magnetic field generating device 22.
  • the effective contact area can be increased, so that measured values with
  • FIG. 6 shows a second embodiment of the contacting device according to the present invention. Identical components of the invention are provided with the same reference numerals, so that the following description is limited to the essential differences.
  • this embodiment of the invention includes two first magnetic field generating devices 211 and 212. Each magnetic field generating device is associated with a conductive contact 41 and 42. At the end of the conductive contacts 41 and 42 are each a plurality of particles 310 and 320.
  • Thetechnischtechnischsvor- device 1 according to the second embodiment is thus adapted to two contact points in a defined distance on the surface 51 of the measurement object 5 to produce. Since both contacts with a single shaft 10 at a
  • the contacting device has a
  • Position sensor 75 which continuously detects the distance to the surface 51 of a measurement object 5 and a
  • the position sensor 75 shown in FIG. 6 may be, for example, an ultrasound sensor, a capacitive sensor or a laser sensor, or may contain such a sensor
  • Position sensor 75 also have a spring-mounted pin, which acts on a sliding resistance, so that the distance of the particles 310 and 320 from the surface can be determined by the measured resistance value.
  • Position sensor 75 may be formed as a force transducer, which determines the contact closure from the applied force.
  • FIG. 7 shows comparative measurements which show the advantageous effect of the contacting device according to the invention. Shown are volume resistances of about 3 ⁇ thick preparation layers on aluminum foil. Both layers were produced by different production methods, which are designated in FIG. 7 in each case with “primer 1" and “primer” 2 ".
  • Figure 7A shows the result of measuring the volume resistivity with a cylindrical test pin having a diameter of 3 mm.
  • the test pin has a flat
  • FIG. 7A shows the arithmetic mean value of the volume resistance and that during the measurement
  • Test pin no significant differences in the volume resistivity can be determined. The measurement is thus not suitable for detecting different properties of the different preparation layers produced.
  • Figure 7B shows measurements made in the same way with a known contact stamp.
  • the contact stamp also consists of a metallic material with a flat support with a diameter of 10 mm.
  • FIG. 7C shows measurements which were carried out in the same way with the contacting device according to the invention. Shown again is the arithmetic mean of the volume resistances. It can be seen from FIG. 7c that the differently produced layers have significantly different resistance values. Also the
  • Error bar is so small that a distinctness of the layers is given in each single measurement.
  • Aluminum foil contains (bar A). By contrast, functionalized aluminum foil is present in the second sample (bar B). Conventional aluminum foil exhibits

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kontaktierungsvorrichtung (1) mit einem elektrisch leitfähigen Kontakt (4) zur reversiblen Kontaktierung eines Messobjektes (5), wobei die Kontaktierungsvorrichtung weiterhin eine Mehrzahl von Partikeln (3) enthält, welche zwischen den Kontakt (4) und der Oberfläche (51) des Messobjektes (5) einbringbar sind, wobei die Kontaktierungsvorrichtung (1) weiterhin eine erste Magnetfelderzeugungseinrichtung (21) enthält, mit welcher ein den leitfähigen Kontakt (4) durchdringendes Magnetfeld erzeugbar ist, wobei die Mehrzahl von Partikeln (3) entlang der Feldlinien des Magnetfeldes an den Kontakt anlagerbar sind. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Messgerät mit einer solchen Kontaktierungsvorrichtung und ein Messverfahren.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur reversiblen Kontaktierung
Die Erfindung betrifft eine Kontaktierungsvorrichtung mit einem elektrisch leitfähigen Kontakt zur reversiblen Kontaktierung eines Messobjekts. Weiterhin betrifft die
Erfindung ein mit der Kontaktierungsvorrichtung ausgestattetes Messgerät sowie ein Verfahren zur Bestimmung elektrischer Parameter eines Messobjekts, bei welchem das Messobjekt mit zumindest einem leitfähigen Kontakt
reversibel kontaktiert wird. Vorrichtungen und Verfahren dieser Art können zur Bestimmung des elektrischen
Widerstands und daraus abgeleiteter Kenngrößen an
Einzelschichten oder Schichtsystemen eingesetzt werden.
Aus der Praxis ist bekannt, Prüfstifte bzw. Kontaktstempel aus einem Metall oder einer Legierung zu verwenden und diese mit dem Messobjekt in Kontakt zu bringen. Hierdurch wird ein Stromfluss zwischen dem leitfähigen Kontakt und dem Messobjekt ermöglicht, sodass beispielsweise ein Strom
eingeprägt oder eine Potenzialdifferenz gemessen werden kann. Nach erfolgter Messung können die leitfähigen Kontakte vom Messobjekt abgehoben werden. Im Idealfall sind die
Kontakte rückstandsfrei entfernbar und das Messobjekt bleibt durch die Messung völlig unbeeinflusst .
Es hat sich jedoch gezeigt, dass insbesondere bei Messobjekten mit empfindlichen Grenz- oder Funktionsschichten mit Dicken von wenigen Nanometern bis hin zu einigen 10 μπι eine Beschädigung der Funktionsschichten nicht ausgeschlossen werden kann. Weiterhin können sehr raue Oberflächen nicht zuverlässig kontaktiert werden, da der
Kontaktschluss zwischen dem Messobjekt und dem leitfähigen Kontakt nur an den Erhebungen der Oberflächenrauheit erfolgt und dadurch nur wenige stromführende Pfade zur Verfügung stehen. Dies führt häufig zu nicht exakten, nicht
reproduzierbaren und driftenden Messwerten, welche keine oder nur eine geringe Aussagekraft über die zu messenden Parameter erlauben.
Ausgehend vom Stand der Technik soll daher eine Kontakt- ierungsvorrichtung, ein Messgerät und ein Messverfahren bereitgestellt werden, welche einerseits die Beschädigung empfindlicher Oberflächen vermeiden und andererseits
zuverlässige Messergebnisse ermöglichen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kontaktierungs- Vorrichtung gemäß Anspruch 1, ein Messgerät gemäß Anspruch 7 sowie ein Verfahren zur Bestimmung elektrischer Parameter gemäß Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß wird eine Kontaktierungsvorrichtung
vorgeschlagen, welche einen elektrisch leitfähigen Kontakt aufweist. Der elektrisch leitfähige Kontakt kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung einen Durchmesser bzw. einen Umkreis von etwa 1 mm bis etwa 20 mm aufweisen. Der Kontakt kann polygonal oder rund ausgeführt sein. Der Kontakt kann ein Metall oder eine Legierung enthalten. Der Kontakt kann eine dem Messobjekt zugewandte Fläche aufweisen, welche zur Kontaktierung mit dem Messobjekt vorgesehen ist. Daneben weist der Kontakt eine weitere Anschlussmöglichkeit für eine Messleitung auf, um den Kontakt und damit letztlich das Messobjekt mit einem an sich bekannten Messgerät, einer Stromquelle oder einer Spannungsquelle zu verbinden.
Beispielsweise kann der Kontakt eine quaderförmige oder zylindrische Grundform aufweisen. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann der Kontakt aus einem Blech gefertigt sein, welches neben der zur Kontaktierung des Messobjekts vorgesehenen Kontaktfläche eine Anschlussfahne aufweist. An dieser Anschlussfahne kann eine Leitung durch Löten, Crimpen oder Punktschweißen befestigt sein.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der
leitfähige Kontakt Kupfer, Aluminium, Silber, Neusilber und/oder Gold enthalten oder daraus bestehen. Der Kontakt kann optional eine Beschichtung aufweisen, welche die
Leitfähigkeit oder den Korrosionsschutz verbessert oder mittels welcher die Austrittsarbeit an einen vorgebbaren Sollwert angepasst wird.
Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, dass der elektrisch leitfähige Kontakt nicht unmittelbar auf die Oberfläche des Messobjekts aufgesetzt wird. Stattdessen soll ein sehr leicht verformbares, fließfähiges Material zwischen den leitfähigen Kontakt und die Oberfläche des Messobjekts eingebracht werden. Dieses hat zum einen die Eigenschaft, sich an eventuell vorhandene Oberflächenrauheiten des Messobjekts anzupassen, sodass die Kontaktfläche und damit die Anzahl der ausgebildeten bzw. ausbildbaren Strompfade vergrößert ist. Weiterhin vermeidet das vergleichsweise weiche Material die Beschädigung empfindlicher Oberflächen, welche durch unmittelbares Aufsetzen des metallischen
Materials des leitfähigen Kontakts auf das Messobjekt entstehen können.
Das erfindungsgemäß verwendete Material zwischen dem
leitfähigen Kontakt und dem Messobjekt enthält einen Staub bzw. eine Mehrzahl von Partikeln, welche einerseits gegeneinander verschiebbar sind und dadurch in die Täler einer Oberflächenrauheit eindringen können um die Kontaktfläche zu vergrößern. Weiterhin können die Partikel verhindern, dass große, zur Beschädigung führende Kräfte bzw. mechanische Spannungen auf der Oberfläche des Messobjekts auftreten. Nach erfolgter Messung können die Partikel rückstandsfrei von der Oberfläche des Messobjekts entfernt werden, bei- spielsweise durch Abblasen mit einem Gasstrom oder durch Reinigung im Ultraschallbad.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Kontakt- ierungsvorrichtung eine erste Magnetfelderzeugungseinrichtung enthalten, mit welcher ein den leitfähigen Kontakt durchdringendes Magnetfeld erzeugbar ist, wobei die Mehrzahl von Partikeln entlang der Feldlinien des Magnetfelds an den Kontakt anlagerbar sind. Hierdurch wird eine einfache Handhabung der erfindungsgemäßen Kontaktierungsvorrichtung ermöglicht, da die Partikel durch die Magnetkräfte an die Kontaktierungsvorrichtung gebunden werden können. Dies erlaubt neben einer einfachen Kontaktierung des Messobjekts auch ein einfaches Lösen des Kontakts, wobei die Mehrzahl der Partikel weiterhin magnetisch an der Kontaktierungsvorrichtung gehalten wird, sodass nur geringe oder keine Verunreinigungen vom Messobjekt entfernt werden müssen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann daher ein
Reinigungsschritt nach Durchführung der Messung auch
entfallen .
Um die Partikel magnetisch an den leitfähigen Kontakt zu koppeln, kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung vorgesehen sein, dass die Partikel ferrimagnetisch oder paramagnetisch oder ferromagnetisch sind. Dies kann dazu führen, dass die Partikel entlang der Feldlinien des
Magnetfeldes an den Kontakt anlagerbar sind, d.h. solange das Magnetfeld besteht, bilden die Partikel längliche, von der Oberfläche des leitfähigen Kontaktes ausgehende Dendrite bzw. Fäden. Da die Partikel weiterhin gegeneinander
verschiebbar sind, kann sich die Spitze der Dendrite an die Oberfläche des Messobjektes anpassen, so dass die
Beschädigung des Messobjektes vermieden werden kann und Rauheiten durch die Partikel zuverlässig ausgefüllt werden.
Die Magnetfelderzeugungseinrichtung kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung einen Permanentmagnet auf- weisen. Dies erlaubt einen zuverlässigen und dauerhaften Betrieb der Kontaktierungsvorrichtung, da für die Anbindung der Partikel an den leitfähigen Kontakt keine Hilfsenergie benötigt wird.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die erste Magnetfelderzeugungseinrichtung zumindest eine Spule bzw. einen Elektromagneten mit einer Spule und einem Kern
aufweisen. Hierdurch kann das Magnetfeld aus- und
eingeschaltet werden, so dass die Partikel einfach von der Kontaktierungsvorrichtung entfernt werden können,
beispielsweise um für unterschiedliche Messungen
unterschiedliche Partikel zu verwenden.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung können die
Partikel einen Durchmesser von etwa 0,5 μπι bis etwa 50 μπι aufweisen. In anderen Ausführungsformen der Erfindung können die Partikel einen Durchmesser von etwa 10 μπι bis etwa 40 μπι aufweisen. In wiederum anderen Ausführungsformen der Erfindung können die Partikel einen Durchmesser von etwa 15 μπι bis etwa 30 μπι aufweisen. Solche Partikel weisen Abmessungen auf, welche geringer sind als typische Rauheiten von Oberflächen, so dass die Partikel leicht in die Täler der Rauheiten eindringen können, um diese aufzufüllen. Hierdurch wird die Anzahl der Strompfade und dadurch die effektive Kontaktfläche auf rauen Oberflächen erhöht.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung können die
Partikel ein Ferrit, einen Edelstahl und/oder ein Carbonyl- eisen enthalten oder daraus bestehen. Diese Partikel sind ferri- oder ferromagnetisch und lassen sich daher durch die Magnetfelderzeugungseinrichtung zuverlässig an den
leitfähigen Kontakt der Kontaktierungsvorrichtung binden.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung können die
Partikel zusätzlich Nickel und/oder Mangan und/oder Zink und/oder Barium und/oder Strontium enthalten. Hierdurch lassen sich die gewünschten hart- oder weichmagnetischen Eigenschaften in Abhängigkeit des vorgesehenen Anwendungs- zweckes der Kontaktierungsvorrichtung einstellen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung enthalten die Partikel
Barium-Ferrit und/oder Strontium-Ferrit und/oder Nickel- Mangan-Ferrit und/oder Mangan-Zink-Ferrit. In einigen Ausführungsformen der Erfindung enthalten die Partikel einen nickelhaltigen Edelstahl und/oder einen manganhaltigen
Edelstahl und/oder einen zinkhaltigen Edelstahl. In wiederum anderen Ausführungsformen der Erfindung enthalten die
Partikel nickelhaltiges Carbonyleisen und/oder mangan- haltiges Carbonyleisen und/oder zinkhaltiges Carbonyleisen.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung sind die Partikel mit einer Beschichtung versehen. Die Beschichtung der
Partikel kann die elektrische Leitfähigkeit erhöhen, die Oberfläche der Partikel passivieren und/oder die
Austrittsarbeit an vorgebbare Sollwerte anpassen, so dass mit der erfindungsgemäßen Kontaktierungsvorrichtung auf Halbleiteroberflächen sowohl ohmsche Kontakte als auch
Schottky-Kontakte ausgebildet werden können.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die
Beschichtung der Partikel galvanisch oder mittels Plasma-PVD erhältlich sein. Hierdurch sind die Partikel einfach und kostengünstig mit den gewünschten Eigenschaften herstellbar.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die
Beschichtung der Partikel Silber und/oder Gold und/oder Kupfer und/oder Nickel enthalten oder daraus bestehen.
Hierdurch kann die Leitfähigkeit der Partikel erhöht werden, so dass die Messgenauigkeit weiter steigt.
In einigen Ausführungsvorrichtungen der Erfindung betrifft diese ein Messgerät zur Bestimmung elektrischer Parameter eines Messobjektes mit zumindest einer der vorgenannten Kon- taktierungsvorrichtungen . Die mit dem Messgerät bestimmten elektrischen Parameter können ausgewählt sein aus einem elektrischen Widerstand, einer Ladungsträgerdichte, einer Ladungsträgerbeweglichkeit, einer Durchbruchfeidstärke oder weiterer, hier nicht genannter Parameter. Die Messungen können sowohl die Messung des Schichtwiderstandes umfassen, d.h. die Kontaktierungsvorrichtungen sind nebeneinander auf derselben Oberfläche des Messobjektes angeordnet. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann der Durchgangswiderstand des Messobjektes bestimmt werden, d.h. die Kontaktierungsvorrichtungen befinden sich auf gegenüberliegenden Oberflächen des Messobjektes. In wiederum anderen Ausführungsformen der Erfindung kann eine Messung des Hall- Effektes mit der erfindungsgemäßen Kontaktierungsvorrichtung vorgenommen werden.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Mess- gerät eine zweite Magnetfelderzeugungseinrichtung aufweisen, welche gegenüber der Kontaktierungsvorrichtung angeordnet ist, wobei der zwischen der Kontaktierungsvorrichtung und der zweiten Magnetfelderzeugungseinrichtung ausgebildete Spalt für die Aufnahme des Messobjektes vorgesehen ist.
Durch die zweite Magnetfelderzeugungseinrichtung kann ein näherungsweise homogenes Magnetfeld mit näherungsweise parallelen Feldlinien auf der Oberfläche des Messobjektes erzeugt werden. Da sich die Partikel entlang der Feldlinien anordnen, kann der effektive Durchmesser der Kontaktierungsvorrichtung auf der Oberfläche des Messobjektes verringert sein. Auch die zweite Magnetfelderzeugungseinrichtung kann einen Permanentmagnet oder eine stromdurchflossene Spule aufweisen, so dass das Magnetfeld in Stärke und Richtung veränderbar ist.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Mess- gerät weiterhin eine Positioniereinrichtung aufweisen, mit welcher der Spalt zwischen der Kontaktierungsvorrichtung und dem Messobjekt einstellbar ist. Die Positioniereinrichtung kann ausgewählt sein aus einem Piezosteller, einem Linearmotor, einem Spindelantrieb oder weiterer, an sich bekannter Positionierhilfen. Hierdurch lässt sich die
Höhenlage bzw. der Abstand der Kontaktierungsvorrichtung zur Oberfläche des Messobjektes kontrollieren, so dass ein versehentliches Aufsetzen des leitfähigen Kontaktes auf die Oberfläche vermieden wird. Dadurch ist sichergestellt, dass der elektrische Kontakt ausschließlich über die gegeneinander verschiebbaren Partikel hergestellt wird und keine großen Kräfte auf das Messobjekt einwirken, welche zu dessen Zerstörung führen könnten.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das
Messgerät weiterhin eine Regelungseinrichtung aufweisen, mit welcher die Positioniereinrichtung ansteuerbar ist. Durch den Vergleich des Soll- mit dem Ist-Wert wird eine
versehentliche Beschädigung des Messobjektes ausgeschlossen und gleichzeitig wird eine sichere Kontaktierung ermöglicht, welche Voraussetzung für zuverlässige Messwerte ist.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung können die
Partikel an Luft bzw. in einer Gasatmosphäre vorliegen. Dies erlaubt eine einfache Handhabung des Messgerätes bzw. eine einfache Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. In anderen Ausführungsformen der Erfindung können die Partikel in einem Ferrofluid gebunden sein. Hierdurch kann die
Messung zuverlässiger erfolgen.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Figuren ohne
Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden. Dabei zeigt
Figur 1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kontaktierungsvorrichtung .
Figur 2 zeigt eine mikroskopische Aufnahme der Partikel an der erfindungsgemäßen Kontaktierungsvorrichtung. Figur 3 zeigt ein Partikel im Querschnitt.
Figur 4 zeigt eine elektronenmikroskopische Aufnahme der Partikel .
Figur 5 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Messgerätes .
Figur 6 zeigt eine zweite Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Kontaktierungsvorrichtung .
Figur 7 zeigt Vergleichsmessungen der erfindungsgemäßen Kontaktierungsvorrichtung gegenüber bekannten Kontakt- ierungsvorrichtungen anhand eines ersten Anwendungs- beispiels .
Figur 8 zeigt Vergleichsmessungen der erfindungsgemäßen Kontaktierungsvorrichtung gegen bekannte Kontaktierungsvor- richtungen anhand eines zweiten Anwendungsbeispiels.
Anhand von Figur 1 wird ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kontaktierungsvorrichtung 1 erläutert.
Die Kontaktierungsvorrichtung 1 weist einen Schaft 10 auf, mit welchem die Kontaktierungsvorrichtung mechanisch
befestigt werden kann. Die mechanische Befestigung kann mittels einer Positioniereinrichtung 70 erfolgen, wie nachfolgend noch anhand von Figur 5 erläutert wird.
Weiterhin weist die Kontaktierungsvorrichtung 1 eine erste Magnetfelderzeugungseinrichtung 21 auf. Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Magnetfelderzeugungseinrichtung 21 einen Permanentmagnet. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann eine stromdurchflossene Spule verwendet werden, so dass das Magnetfeld nach Richtung, Stärke und Zeitpunkt variiert werden kann. Da das Magnetfeld nicht dauerhaft eingeschaltet ist, können die Partikel 3 in einfacher Weise von der Kontaktierungsvorrichtung 1 entfernt werden, in dem das Magnetfeld ausgeschaltet wird.
Weiterhin weist die Kontaktierungsvorrichtung einen
leitfähigen Kontakt 4 auf. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der leitfähige Kontakt 4 aus einem Blech gebildet, welches eine Dicke von etwa 0,1 mm bis etwa 1 mm aufweisen kann. Der leitfähige Kontakt 4 kann Kupfer,
Aluminium, Gold und/oder Silber enthalten oder daraus bestehen. Der leitfähige Kontakt 4 kann mit einer
Beschichtung versehen sein, welche die Oberfläche passiviert und/oder die elektrische Leitfähigkeit erhöht.
Anders als bei an sich bekannten Kontaktierungsvorrichtungen wird der leitfähige Kontakt 4 nicht in unmittelbaren Stoffkontakt mit dem Messobjekt gebracht. Hierfür sind Partikel 3 vorgesehen, welche durch das Magnetfeld der ersten Magnetfelderzeugungseinrichtung 21 an den leitfähigen Kontakt 4 gebunden werden.
Da die Partikel 3 sehr klein und gegeneinander verschiebbar sind, können diese einerseits in Oberflächenrauheiten des Messobjektes eindringen und dort die Anzahl der leitfähigen Strompfade zwischen dem Kontakt 4 und der Oberfläche des Messobjektes vergrößern. Darüber hinaus erlauben die
Partikel 3 eine Kontaktierung des Messobjektes mit geringen Kontaktkräften, so dass eine Beschädigung empfindlicher Oberflächen des Messobjektes vermieden wird. Schließlich können die Partikel 3 in einfacher Weise rückstandsfrei vom Messobjekt entfernt werden, wenn die Kontaktierungsvorrichtung 1 nach Abschluss der notwendigen Messungen von der Oberfläche des Messobjektes entfernt wird.
Die Partikel 3 sind anhand von Figur 2 näher erläutert.
Aufgrund des divergierenden Dipolfeldes der Magnetfelderzeugungseinrichtung 21 und der Tatsache, dass sich die Partikel 3 entlang der Feldlinien ausrichten, bilden diese längliche Dendrite bzw. Büschel, welche sich von der Oberfläche des Kontaktes 4 ausgehend radial nach außen erstrecken, etwa wie bei einer Bürste oder einem Pinsel .
Die Dendrite der Partikel 3 werden zu ihrer Spitze hin aufgrund der abnehmenden Magnetfeldstärke dünner. Wie die kleinere Darstellung in Figur 2 zeigt, befinden sich an der Spitze der Dendrite oftmals nur noch einzelne Partikel, so dass die Spitzen der Dendrite einen Durchmesser in der Größe der Partikel aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann die Spitze daher einen Durchmesser zwischen etwa 0,5 μπι und etwa 50 μπι oder zwischen etwa 5 μπι und etwa 50 μπι oder zwischen etwa 10 μπι und etwa 30 μπι aufweisen.
Figur 3 erläutert beispielhaft den Aufbau eines Partikels 3. Der Partikel 3 gemäß Figur 3 weist einen Kern 31 und eine Beschichtung 32 auf.
Der Kern 31 kann ein ferri- oder ferromagnetisches Material enthalten, um auf diese Weise eine gute magnetische Kopplung an den leitfähigen Kontakt 4 zu ermöglichen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung können auch paramagnetische Materialien für den Kern 31 verwendet werden. Beispielsweise eignen sich Carbonyleisen, Edelstähle oder Ferrite als
Material für den Kern 31.
Der Kern 31 ist mit einer Beschichtung 32 versehen, welche aus einem Material bestehen kann, welches eine größere
Leitfähigkeit aufweist als das Material des Kerns 31.
Hierdurch kann der Kontaktwiderstand der erfindungsgemäßen Kontaktierungsvorrichtung verringert werden. Beispielsweise kann die Beschichtung 32 Gold, Silber und/oder Kupfer enthalten oder daraus bestehen. Die Beschichtung 32 kann nasschemisch, beispielsweise außenstromlos oder galvanisch abgeschieden werden. Alternativ kann die Beschichtung 32 in einem Sputterverfahren oder einem Plasma-PVD-Prozess
aufgebracht werden. Figur 4 zeigt beispielhaft Partikel 3 in einer elektronenmikroskopischen Aufnahme. Die beispielhaft in Figur 4 gezeigten Partikel weisen einen Kern 31 aus einem Ferrit und eine Beschichtung 32 aus Silber auf.
Anhand von Figur 5 wird ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Messgerätes erläutert. Das Messgerät 5 zeigt ein Messobjekt 5 mit einer Oberfläche 51. Das Messobjekt 5 kann beispielsweise eine metallisierte Folie zur Herstellung einer Batterie, eines Kondensators oder einer Brennstoffzelle sein. In anderen Ausführungsformen der
Erfindung kann das Messobjekt 5 ein Halbleiterbauelement bzw. ein Halbleiterwafer sein.
Die Kontaktierungsvorrichtung 1 soll dazu eingesetzt werden, das Messobjekt 5 über dessen Oberfläche 51 zuverlässig und mit geringen Kontaktwiderständen zu kontaktieren, so dass elektrische Parameter des Messobjektes 5 erfasst werden können. Beispielsweise kann der elektrische Schichtwiderstand anhand einer an sich bekannten Vierpunktmessung ermittelt werden. In anderen Ausführungsformen der Erfindung können Ladungsträgerdichten oder Ladungsträgerbeweglichkeiten ermittelt werden, beispielsweise mittels des Hall- Effektes .
Das Messobjekt 5 befindet sich auf einem Probenhalter 50, welcher in an sich bekannter Weise mit einem Mehrachsen- manipulatur versehen sein kann, um das Messobjekt 5 im
Messgerät zu positionieren. Im dargestellten Ausführungsbeispiel dient der Probenhalter 50 auch als leitfähiger Rückseitenkontakt, um den Durchgangswiderstand des Mess- objektes 5 zu erfassen. Optional kann der Probenhalter 50 auch beheizt oder gekühlt werden, um eine Messung bei unterschiedlichen Temperaturen zu ermöglichen. Zur Messung des Schichtwiderstandes kann der Probenhalter 50 auch isolierend ausgeführt sein, wobei zur Messung eine oder mehrere Kontaktierungsvorrichtung (en) 1 zusätzlich
aufgesetzt werden.
Die Kontaktierungsvorrichtung 1 weist einen Schaft 10 und eine erste Magnetfelderzeugungseinrichtung 21 auf, wie vorstehend bereits beschrieben wurde. An dem dem Messobjekt 5 zugewandeten Ende der Magnetfelderzeugungseinrichtung 21 befindet sich ein leitfähiger Kontakt 4. Der leitfähige Kontakt 4 steht an zumindest einer Seite über die Magnetfelderzeugungseinrichtung 21 hinaus und bildet dort eine Kontaktfahne , mit welcher der leitfähige Kontakt 4 mit einem Messgerät, einer Stromquelle oder einer Spannungsquelle verbindbar ist.
Die unter der Magnetfelderzeugungseinrichtung 21 liegende Fläche des leitfähigen Kontaktes 4 ist mit Partikeln 3 belegt, welche von der Magnetfelderzeugungseinrichtung 21 am Kontakt 4 fixiert werden. Die Partikel sind einerseits so ausgestaltet, dass diese durch die magnetischen Kräfte der Magnetfelderzeugungseinrichtung 21 am Kontakt gehalten werden und andererseits eine gute elektrische Leitfähigkeit aufweisen, um hinreichend gute elektrische Kontakte zum Messobjekt 5 zu ermöglichen.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich ein Spalt 55 zwischen den Partikeln 3 und der Oberfläche 51 des Messobjektes 5. Die Größe dieses Spaltes 55 kann durch einen Linearantrieb 70 variiert werden, welcher den Abstand der Kontaktierungsvorrichtung 1 zur Oberfläche 51 des Messobjektes 5 vergrößert oder verringert. In einer Messposition der Kontaktierungsvorrichtung 1 sind die Partikel 3 in
Kontakt mit der Oberfläche 51. Gleichwohl verbleibt ein Spalt zwischen dem leitfähigen Kontakt 4 und der Oberfläche 51, welcher durch die Partikel 3 ausgefüllt wird. Durch das Vermeiden des direkten mechanischen Kontaktes des
leitfähigen Kontaktes 4 mit der Oberfläche 51 wird eine mechanische Beschädigung der Oberfläche 51 durch den Kontakt 4 ausgeschlossen.
Die Kontrolle des Spaltes 55 und damit die Ansteuerung des Linearantriebes 70 können durch eine Regelungsvorrichtung 6 erfolgen. Die Regelungsvorrichtung 6 kann einen an sich bekannten PID-Regler aufweisen. Dieser weist den Vorteil auf, dass es beim Anfahren des Sollwertes der Messposition nicht zu einem Überschwinger kommt, d.h. der leitfähige Kontakt 4 setzt beim Anfahren der Messposition auch nicht kurzzeitig auf der Oberfläche 51 auf. Der Ist-Wert des
Spaltes 55 kann durch einen Sensor fortlaufend erfasst und der Regelungseinrichtung 6 zugeführt werden. Im
dargestellten Ausführungsbeispiel wird als Sensor eine
Lichtschranke oder eine Kamera 74 verwendet, welche die Position der Kontaktierungsvorrichtung 1 berührungslos erfasst .
Weiterhin ist in Figur 5 eine optionale zweite Magnetfelderzeugungseinrichtung 22 dargestellt. Die zweite Magnetfelderzeugungseinrichtung 22 dient der Feldformung des von der ersten Magnetfelderzeugungseinrichtung 21 erzeugten
Magnetfeldes. Hierdurch können die Partikel 3 gleichmäßiger an der Kontaktierungsvorrichtung 1 angeordnet werden, so dass sich bei Betrieb der zweiten Magnetfelderzeugungseinrichtung 22 beispielsweise ein quader- bzw. zylinderförmiger Querschnitt anstelle des in Figur 5 dargestellten meniskus- förmigem Querschnitts ergibt. Hierdurch kann die effektive Kontaktfläche vergrößert sein, so dass Messwerte mit
größerer Genauigkeit erfasst werden können.
Figur 6 zeigt eine zweite Ausführungsform der Kontaktierungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Gleiche Bestandteile der Erfindung sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, so dass sich die nachfolgende Beschreibung auf die wesentlichen Unterschiede beschränkt. Wie in Figur 6 dargestellt ist, weist diese Ausführungsform der Erfindung zwei erste Magnetfelderzeugungseinrichtungen 211 und 212 auf. Jeder Magnetfelderzeugungseinrichtung ist ein leitfähiger Kontakt 41 und 42 zugeordnet. Am Ende der leitfähigen Kontakte 41 und 42 befinden sich jeweils eine Mehrzahl von Partikeln 310 und 320. Die Kontaktierungsvor- richtung 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist somit dazu geeignet, zwei Kontaktstellen in definiertem Abstand auf der Oberfläche 51 des Messobjektes 5 zu erzeugen. Da beide Kontakte mit einem einzigen Schaft 10 an einem
gemeinsamen Linearantrieb verbunden sind, kann der Abstand der beiden Kontakte bei unterschiedlichen Messungen mit großer Genauigkeit konstant gehalten werden. Hierdurch lassen sich Schichtwiderstände und daraus abgeleitet der spezifische Widerstand der vermessenen Schicht mit großer Genauigkeit ermitteln.
Weiterhin weist die Kontaktierungsvorrichtung einen
Positionssensor 75 auf, welcher den Abstand zur Oberfläche 51 eines Messobjektes 5 fortlaufend erfasst und einer
Regelungsvorrichtung zuführt. Hierdurch kann das Aufsetzen des in Figur 6 gezeigten Doppelkontaktes mit großer
Genauigkeit erfolgen, ohne die Oberfläche 51 zu beschädigen.
Der in Figur 6 gezeigte Positionssensor 75 kann beispielsweise ein Ultraschallsensor, ein kapazitiven Sensor oder ein Lasersensor sein oder einen solchen enthalten, um den
Abstand berührungslos zu erfassen. Alternativ kann der
Positionssensor 75 auch einen federnd gelagerten Stift aufweisen, welcher auf einen Schiebewiderstand wirkt, so dass der Abstand der Partikel 310 und 320 von der Oberfläche durch den gemessenen Widerstandswert ermittelt werden kann. In weiteren Ausführungsformen der Erfindung kann der
Positionssensor 75 als Kraftaufnehmer ausgebildet sein, welcher aus der einwirkenden Kraft den Kontaktschluss ermittelt . In Figur 7 sind Vergleichsmessungen gezeigt, welche die vorteilhafte Wirkung der erfindungsgemäßen Kontaktierungs- Vorrichtung zeigen. Dargestellt sind Durchgangswiderstände von etwa 3 μπι dicken Präparationsschichten auf Aluminiumfolie. Beide Schichten wurden mit unterschiedlichen Herstellungsverfahren erzeugt, welche in Figur 7 jeweils mit „Primer 1" und „Primer „2" bezeichnet sind.
Figur 7A zeigt das Ergebnis der Messung des Durchgangswiderstandes mit einem zylindrischen Prüfstift mit einem Durchmesser von 3 mm. Der Prüfstift weist eine flache
Auflagefläche auf und ist vergoldet, um eine inerte
Oberfläche und einen geringen spezifischen Widerstand zu ermöglichen. Figur 7A zeigt den arithmetischen Mittelwert des Durchgangswiderstandes sowie den bei der Messung
aufgetretenen Fehlerbalken.
Aus Figur 7A ist ersichtlich, dass mit dem bekannten
Prüfstift keine signifikanten Unterschiede im Durchgangswiderstand bestimmt werden können. Die Messung ist somit nicht dazu geeignet, unterschiedliche Eigenschaften der unterschiedlich hergestellten Präparationsschichten zu erfassen .
Figur 7B zeigt Messungen, welche in gleicher Weise mit einem bekannten Kontaktstempel vorgenommen worden sind. Auch der Kontaktstempel besteht aus einem metallischen Werkstoff mit einer flachen Auflage mit 10 mm Durchmesser.
Anhand von Figur 7B ist erkennbar, dass der arithmetische Mittelwert der Messwerte für die unterschiedlich
hergestellten Schichten variiert. Demnach ist prinzipiell eine Unterscheidbarkeit gegeben.
Aufgrund stark schwankender Messwerte weisen die Messungen jedoch einen großen Fehlerbalken auf. Dies führt dazu, dass die Messungen teilweise überlappen, so dass die Unterscheid- barkeit der unterschiedlich Hergestellten Schichten nicht in jedem Fall gegeben ist.
Figur 7C zeigt Messungen, welche in gleicher Weise mit der erfindungsgemäßen Kontaktierungsvorrichtung durchgeführt wurden. Dargestellt ist wiederum das arithmetische Mittel der Durchgangswiderstände. Aus Figur 7c ist ersichtlich, dass die unterschiedlich hergestellten Schichten deutlich unterschiedliche Widerstandswerte aufweisen. Auch der
Fehlerbalken ist so klein, dass eine Unterscheidbarkeit der Schichten in jeder Einzelmessung gegeben ist.
Anhand der Figur 8 wird in einem zweiten Anwendungsbeispiel die Messung des Durchgangswiderstands von zwei Proben gezeigt. Verglichen wird hierbei die Nutzung des zuvor erläuterten Kontaktstempels mit der erfindungsgemäßen
Kontaktierungsvorrichtung. Bei beiden Proben liegt
Aluminiumfolie (AI-Folie) vor, die eine 30-50 μπι dicke
Kathodenbeschichtung trägt . Der Unterschied der Proben besteht darin, dass die erste Probe konventionelle
Aluminiumfolie enthält (Balken A) . Bei der zweiten Probe liegt demgegenüber funktionalisierte Aluminiumfolie vor (Balken B) . Konventionelle Aluminiumfolie weist
bekanntermaßen an der Oberfläche immer eine wenige Nanometer dünne, native Al203-Grenzschicht auf, die einen hohen elektrischen Widerstand verursacht. Bei der
funktionalisierten Aluminiumfolie sind die Al203-Schicht und deren dielektrische Wirkung nicht mehr vorhanden.
Entsprechend stellen sich die Messwerte der beiden Proben mit der Kathodenbeschichtung unter Nutzung der beiden
Messmethoden dar: Hohe Durchgangswiderstände in der Kathode mit konventioneller Aluminiumfolie stehen niedrigen
Durchgangswiderständen in der Kathode mit funktionalisierter Aluminiumfolie gegenüber. Vergleicht man nun das Maß der Verringerung der Widerstände, welche bei den beiden Messmethoden auftritt, so steht Faktor ca. 0,25 beim Kontaktstempel einem Faktor ca. 0,05 bei der erfindungsgemäßen Kontaktierungsvorrichtung gegenüber.
Erklären lässt sich dieser Befund damit, dass der
Kontaktstempel mit Kraft beaufschlagt werden muss und dies eine mechanische Belastung des Probengefüges bewirkt. Im Falle der konventionellen AI-Folie + Kathodenbeschichtung wird die dielektrische Al203-Schicht , die im Interface von AI-Folie und Kathodenbeschichtung vorliegt, beschädigt und teilweise unwirksam. Der Durchgangswiderstand wird durch das invasive Kontaktieren verringert, die Messwerte erscheinen niedriger als in der Realität und sind verfälscht. Die erfindungsgemäße Kontaktierungsvorrichtung liefert
demgegenüber plausible Werte und erhöht die Sicherheit und die Zuverlässigkeit der Messung.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die in den Figuren dargestellte Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden
Ansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus . Sofern die Ansprüche und die vorstehende Beschreibung „erste" und „zweite" Ausführungsformen definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Ausführungsformen, ohne eine Rangfolge festzulegen. Merkmale aus unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung können jederzeit kombiniert werden, um so weitere Ausführungsformen der Erfindung zu erhalten.

Claims

Ansprüche
1. Kontaktierungsvorrichtung (1) mit einem elektrisch
leitfähigen Kontakt (4) zur reversiblen Kontaktierung eines Messobjektes (5) , wobei die Kontaktierungsvorrichtung weiterhin eine Mehrzahl von Partikeln (3) enthält, welche zwischen den Kontakt (4) und der Oberfläche (51) des Messobjektes (5) einbringbar sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kontaktierungsvorrichtung (1) weiterhin eine erste Magnetfelderzeugungseinrichtung (21) enthält, mit welcher ein den leitfähigen Kontakt (4) durchdringendes
Magnetfeld erzeugbar ist, wobei die Mehrzahl von
Partikeln (3) entlang der Feldlinien des Magnetfeldes an den Kontakt anlagerbar sind.
2. Kontaktierungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Magnetfelderzeugungseinrichtung zumindest eine Spule enthält.
3. Kontaktierungsvorrichtung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel (3) einen Durchmesser von etwa 0,5 μπι bis etwa 50 μπι oder von etwa 5 um bis etwa 50 μπι oder von etwa 10 μπι bis etwa 40 μπι oder von etwa 15 μπι bis etwa 30 μπι aufweisen.
4. Kontaktierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
3, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel (3) Ferrit und/oder Barium-Ferrit und/oder Strontium-Ferrit und/oder Nickel-Mangan-Ferrit und/oder Mangan-Zink-Ferrit und/oder nickel- und/oder mangan- und/oder zink-haltigen Edelstahl und/oder nickel- und/oder mangan- und/oder zink-haltiges Carbonyleisen enthalten oder daraus bestehen.
5. Kontaktierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
4, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel (3) mit einer Beschichtung (32) versehen sind.
6. Kontaktierungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (32) mittels Plasma- PVD erhältlich ist und/oder
dass die Beschichtung (32) Silber und/oder Gold und/oder Kupfer und/oder Nickel enthält oder daraus besteht.
7. Messgerät zur Bestimmung elektrischer Parameter eines
Messobjektes (5) mit zumindest einer Kontaktierungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
8. Messgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass gegenüber der Kontaktierungsvorrichtung (1) eine zweite Magnetfelderzeugungseinrichtung (22) angeordnet ist, wobei das Messobjekt (5) in den Spalt (55) zwischen der zumindest einen Kontaktierungsvorrichtung (1) und der zweiten Magnetfelderzeugungseinrichtung (22) einbringbar ist .
9. Messgerät nach einem der Ansprüche 7 oder 8, weiterhin enthaltend eine Positioniereinrichtung (70) , mit welcher der Spalt (55) zwischen der Kontaktierungsvorrichtung (1) und dem Messobjekt (5) einstellbar ist.
10. Messgerät nach Anspruch 9, weiterhin enthaltend eine
Regelungseinrichtung (6) , mit welcher die Positioniereinrichtung (70) ansteuerbar ist.
11. Verfahren zur Bestimmung elektrischer Parameter eines
Messobjektes (5) , bei welchem das Messobjekt (5) mit zumindest einem leitfähigen Kontakt (4) reversibel kontaktiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass
der leitfähige Kontakt (4) von einem Magnetfeld
durchdrungen wird und sich eine Mehrzahl von Partikeln (3) entlang der Feldlinien des Magnetfeldes an den
Kontakt anlagern.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel einen Durchmesser von etwa 5 μπι bis etwa
50 μπι oder von etwa 10 μπι bis etwa 40 μπι oder von etwa 15 \im bis etwa 30 um aufweisen und/oder dass die Partikel ein ferro- oder ferrimagnetisches
Material enthalten oder daraus bestehen.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel (3) mit einer
Beschichtung (32) versehen sind, welche ein Material enthält, welches einen geringeren spezifischen Widerstand aufweist als das Material der Partikel.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mit einer zweiten Magnetfelderzeugungseinrichtung (22) auf der dem leitfähigen Kontakt (4) gegenüberliegenden Seite des Messobjektes (5) ein
Magnetfeld erzeugt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel (3) Bestandteil eines Ferrofluides sind.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrischer Widerstand und/oder eine Durchbruchfeidstärke und/oder eine Ladungsträgerdichte und/oder eine Ladungsträgerbeweglichkeit und/oder ein spezifischer Widerstand bestimmt wird.
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Inventor name: SIEDENBURG, THAMMO

Inventor name: PAULUS, JULIAN

Inventor name: CHRIST, TORGE

Inventor name: FLADE, ENRICO

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