KR20190011869A - 전기 비저항 측정 장치 - Google Patents

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임솔이
임종필
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Abstract

시편의 일측에 접촉하는 제 1 프로브를 갖는 제 1 고정 모듈, 상기 시편의 타측에 접촉하는 제 2 프로브를 갖는 제 2 고정 모듈, 및 상기 제 1 프로브 및 상기 제 2 프로브에 전류를 공급하고 상기 제 1 프로브와 제 2 프로브 사이의 전압을 측정하는 외부 회로를 포함하는 전기 비저항측정 장치를 제공하되, 상기 제 1 프로브 및 상기 제 2 프로브는 탄성력을 갖고 상기 시편을 양측에서 고정할 수 있다.

Description

전기 비저항 측정 장치{AN ELECTRICAL RESISTIVITY MEASUREMENT APPARATUS}
본 발명은 전기 비저항 측정 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 고체 재료의 양단에 전류를 가해주면, 그의 내부의 전기적 특성에 비례하는 전압이 생성되며, 이러한 특성은 물질의 고유 특성인 전기 비저항으로 나타낼 수 있다. 전기 비저항은 소재를 나타내는 고유 변수 중 하나로 고려될 수 있으며, 전기 비저항은 웨이퍼(wafer), LCD, 태양전지, 연료전지, OLED 등 다양한 전자 소자에서 소자의 전도성을 검사하기 위하여 사용된다.
고체 재료의 전기 비저항 특성을 평가하는 경우, 두 개의 프로브(probe)로 임의의 거리에서 교류 전류를 가해주면서 저항을 측정하거나, 동일한 간격의 4개 탐침으로 측정하는 4-포인트 프로브(Four point probe) 방법이 일반적으로 사용된다. 이때, 4-포인트 프로브 방법은 접촉 저항 성분을 제거하기 위해 정전류를 가해주면서 양단의 전위차를 측정하게 된다. 소자의 크기가 프로브에 비해 충분하게 크면 특성 평가에 큰 제약이 없다. 그러나, 소자가 소형인 경우는 전기 비저항을 평가하는데 한계가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 크기가 작은 샘플의 비저항을 측정할 수 있는 전기 비저항 측정 장치를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 비저항 측정 시 샘플이 손상되지 않는 전기 비저항 측정 장치를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 측정 정밀도가 향상된 전기 비저항 측정 장치를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 기술적 과제들을 해결하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 전기 비저항 측정 장치는 시편의 일측에 접촉하는 제 1 프로브를 갖는 제 1 고정 모듈, 상기 시편의 타측에 접촉하는 제 2 프로브를 갖는 제 2 고정 모듈, 및 상기 제 1 프로브 및 상기 제 2 프로브에 전류를 공급하고 상기 제 1 프로브와 제 2 프로브 사이의 전압을 측정하는 외부 회로를 포함할 수 있다. 상기 제 1 프로브 및 상기 제 2 프로브는 탄성력을 갖고 상기 시편을 양측에서 고정할 수 있다.
본 발명의 실시예들의 전기 비저항 측정 장치에 따르면, 시편이 안정적으로 고정될 수 있으며, 시편의 장착 및 해제가 용이하고, 프로브들의 탐침에 의해 시편에 가해지는 손상이 적을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들의 전기 비저항 측정 장치에 따르면, 전류원 및 전압계의 전기 신호가 시편을 두께 방향으로 관통하여 흐름에 따라, 얇은 두께를 갖는 시편의 비저항 측정이 용이할 수 있다.
더하여, 본 발명의 실시예들에 따른 전기 비저항 측정 장치의 프로브들이 각각 시편의 일면 및 타면에 균일하게 접촉할 수 있다. 따라서, 전기 신호가 시편의 일측에 치우치지 않고 균일하게 흘러 비저항의 측정 정밀도가 향상될 수 있으며, 프로브들이 시편을 안정적으로 지지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 전기 비저항 측정 장치를 설명하기 위한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 전기 비저항 측정 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 프로브들을 설명하기 위한 도면들이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 전기 비저항 측정 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 프로브들을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 설명한다. 그러나 본 발명은, 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들의 설명을 통해 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 당해 기술분야에서 통상의 기술을 가진 자는 본 발명의 개념이 어떤 적합한 환경에서 수행될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 ‘포함한다(comprises)’ 및/또는 ‘포함하는(comprising)’은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서 어떤 막(또는 층)이 다른 막(또는 층) 또는 기판상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 막(또는 층) 또는 기판상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 막(또는 층)이 개재될 수도 있다.
본 명세서의 다양한 실시 예들에서 제 1, 제 2, 제 3 등의 용어가 다양한 영역, 막들(또는 층들) 등을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 영역, 막들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 소정 영역 또는 막(또는 층)을 다른 영역 또는 막(또는 층)과 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에의 제 1 막질로 언급된 막질이 다른 실시 예에서는 제 2 막질로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시예도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
본 발명의 실시예들에서 사용되는 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.
이하, 도면들 참조하여 본 발명의 개념에 따른 전기 비저항 측정 장치를 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 전기 비저항 측정 장치를 설명하기 위한 사시도이다. 도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 전기 비저항 측정 장치를 설명하기 위한 단면도이다. 도 3 및 도 4는 본 발명의 프로브들을 설명하기 위한 도면들이다. 도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 전기 비저항 측정 장치를 설명하기 위한 단면도로, 도 1에서 시편이 해제된 도면이다. 도 6은 본 발명의 프로브들을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하여, 프레임이 제공될 수 있다. 프레임은 제 1 지지판(12), 제 2 지지판(14), 및 지지대(16)를 포함할 수 있다. 제 1 지지판(12) 및 제 2 지지판(14)은 상호 이격될 수 있다. 제 1 지지판(12) 및 제 2 지지판(14)은 지지대(16)에 의해 고정될 수 있다. 프레임은 그의 내측에 위치하게 되는 시편(S)을 외부 충격으로부터 보호할 수 있다.
제 1 고정 모듈(22)이 제 1 지지판(12) 상에 배치될 수 있다. 제 1 고정 모듈(22)은 제 2 지지판(14)을 향하는 제 1 지지판(12)의 일면 상에 배치될 수 있다. 제 1 고정 모듈(22)은 시편(S)에 접촉하는 제 1 프로브들(30)을 가질 수 있다. 예를 들어, 제 1 프로브들(30)은 제 1 고정 모듈(22)의 일면 상으로 돌출될 수 있다. 제 1 프로브들(30)은 제 1 전류 프로브(32) 및 제 1 전압 프로브(34)를 포함할 수 있다. 제 1 전류 프로브(32) 및 제 1 전압 프로브(34) 각각은 2개 이상의 복수로 제공될 수 있다. 일 실시예에서, 제 1 전압 프로브(34)는 단수로 제공될 수 있다.
제 2 고정 모듈(24)은 제 2 지지판(14) 상에 배치될 수 있다. 제 2 고정 모듈(24)은 제 1 고정 모듈(22)을 향하는 제 2 지지판(14)의 일면 상에 배치될 수 있다. 제 2 고정 모듈(24)은 제 1 고정 모듈(22)과 이격될 수 있다. 제 2 고정 모듈(24)은 시편(S)에 접촉하는 제 2 프로브들(40)은 가질 수 있다. 예를 들어, 제 2 프로브들(40)은 제 2 고정 모듈(24)의 일면 상으로 돌출될 수 있다. 제 2 프로브들(40)은 제 2 전류 프로브(42) 및 제 2 전압 프로브(44)를 포함할 수 있다. 제 2 전류 프로브(42)가 배치되는 위치는 제 1 전류 프로브(32)가 배치되는 위치에 수직으로 대응되고, 제 2 전압 프로브(44)가 배치되는 위치는 제 1 전압 프로브(34)가 배치되는 위치에 수직으로 대응될 수 있다. 제 2 전류 프로브(42) 및 제 2 전압 프로브(44) 각각은 복수로 제공될 수 있다. 일 실시예에서, 제 2 전압 프로브(44)는 단수로 제공될 수 있다. 이때, 제 2 전류 프로브(42) 및 제 2 전압 프로브(44)가 제공되는 개수는 각각 제 1 전류 프로브(32) 및 제 1 전압 프로브(34)가 제공되는 수와 동일할 수 있다.
제 1 프로브들(30) 및 제 2 프로브들(40)은 탄성체일 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 제 2 프로브들(40)은 용수철에 연결된 팁(tip)을 포함할 수 있다. 또는, 도 4에 도시된 바와 같이, 제 2 프로브들(40)은 그의 일단이 제 2 고정 모듈(24)에 고정되어 있고, 그의 타단에 팁(tip)이 배치되어 있는 캔틸레버(cantilever)일 수 있다. 이와 동일하게, 도시하지는 않았지만, 제 1 전류 프로브들(32)은 용수철에 연결된 팁을 포함하거나, 그의 일단이 제 1 고정 모듈(22)에 고정되어 있고, 그의 타단에 팁이 배치되어 있는 캔틸레버일 수 있다. 제 1 프로브들(30) 및 제 2 프로브들(40)은 동일한 형태를 가질 수 있다. 제 1 프로브들(30) 및 제 2 프로브들(40)은 외부력에 의해 변형될 수 있다. 제 1 프로브들(30)의 팁은 외부력에 의해 제 1 고정 모듈(22)을 향해 하강할 수 있다. 제 2 프로브들(40)의 팁은 외부력에 의해 제 2 고정 모듈(24)을 향해 상승할 수 있다.
제 1 프로브들(30) 및 제 2 프로브들(40)은 측정하고자 하는 시편(S)을 고정시킬 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 시편(S)이 장착되지 않은 경우, 제 1 프로브들(30) 및 제 2 프로브들(40)은 각각 제 1 고정 모듈(22) 및 제 2 고정 모듈(24)로부터 제 2 높이(h2)로 돌출될 수 있다. 이후, 시편(S)의 비저항을 측정하고자 하는 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 프로브들(30) 및 제 2 프로브들(40) 사이에 시편(S)이 장착될 수 있다. 제 1 프로브들(30) 및 제 2 프로브들(40)은 시편(S)을 그의 양측에서 지지할 수 있다. 이때, 제 1 프로브들(30) 및 제 2 프로브들(40)은 시편(S)의 높이에 따라 수축될 수 있다. 예를 들어, 제 1 프로브들(30) 및 제 2 프로브들(40)은 각각 제 1 고정 모듈(22) 및 제 2 고정 모듈(24)을 향하여 제 1 높이(h1)로 수축될 수 있다. 이에 따라, 수축된 제 1 프로브들(30) 및 제 2 프로브들(40)의 복원력에 의해 시편(S)이 안정적으로 고정될 수 있다. 또한, 제 1 프로브들(30) 및 제 2 프로브들(40)은 시편(S)의 형상에 따라 자유롭게 수축할 수 있기 때문에, 제 1 프로브들(30) 및 제 2 프로브들(40)의 탐침에 의해 시편(S)에 가해지는 손상이 적을 수 있다.
제 1 프로브들(30) 및 제 2 프로브들(40)이 탄성체이기 때문에, 시편(S)의 장착 및 해제가 용이할 수 있다. 일 예로, 제 1 프로브들(30) 및 제 2 프로브들(40)을 수축시켜 시편(S)의 높이보다 큰 높이의 공간을 확보한 후, 제 1 프로브들(30) 및 제 2 프로브들(40) 사이에 시편(S)를 장착 및 해제할 수 있다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하여, 제 1 프로브들(30) 및 제 2 프로브들(40)은 외부 회로에 연결될 수 있다. 외부 회로는 전류원(A) 및 전압계(V)를 포함할 수 있다. 외부 회로는 시편(S)의 비저항을 측정할 수 있다. 예를 들어, 전류원(A)은 제 1 배선(52)을 통해 연결된 제 1 전류 프로브(32) 및 제 2 전류 프로브(42)를 통해 시편(S)의 양단에 정전류를 인가할 수 있다. 정전류는 시편(S)과 프로브들(30, 40) 간의 접촉 저항을 제거하기 위해 제공될 수 있다. 동시에, 전압계(V)는 제 2 배선(54)을 통해 연결된 제 1 전압 프로브(34) 및 제 2 전압 프로브(44)를 통해 시편(S)의 양단 사이의 전위차을 측정할 수 있다. 이후, 외부 회로는 상기 전류의 양 및 상기 전위차를 이용하여 시편(S)의 비저항을 계산할 수 있다.
본 발명의 실시예들과는 다르게, 프로브들이 시편(S)의 일면 상에 모두 접촉되는 경우, 전류원 및 전압계의 전기 신호는 횡방향을 따라 흐르게 된다. 이때, 시편(S)의 두께가 얇아질수록 프로브들 사이에서 시편(S)의 저항이 급속하게 증가하여, 시편(S)의 비저항 측정이 어려울 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 도 2에서와 같이 제 1 전류 프로브(32) 및 제 1 전압 프로브(34)는 시편(S)의 일측에 접촉하고, 제 2 전류 프로브(42) 및 제 2 전압 프로브(44)는 시편(S)의 타측에 접촉할 수 있다. 제 1 전류 프로브(32) 및 제 2 전류 프로브(42)는 각각 전류원(A)의 양극(兩極)에 연결되고, 제 1 전압 프로브(34) 및 제 2 전압 프로브(44)는 각각 전압계(V)의 양극(兩極)에 연결될 수 있다. 이에 따라, 전류원(A) 및 전압계(V)의 전기 신호는 시편(S)을 두께 방향으로 관통하여 흐를 수 있다. 따라서, 시편(S)이 얇은 두께를 갖는 경우, 프로브들(30, 40) 사이에서 저항이 감소하여, 시편(S)의 비저항 측정이 용이할 수 있다.
실시예들에 따르면, 제 1 프로브들(30) 및 제 2 프로브들(40)은 평면적 관점에서 다양한 배치를 가질 수 있다. 여기서, 제 1 전류 프로브(32), 제 1 전압 프로브(34), 제 2 전류 프로브(42), 및 제 2 전압 프로브(44)가 각각 2개씩 제공되는 것을 기준으로 설명하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 이하, 도 6에 도시된 제 2 프로브들(40)을 일 예로 설명하도록 한다.
도 6을 참조하여, 평면적 관점에서, 제 2 전류 프로브들(42) 및 제 2 전압 프로브들(44)은 매트릭스(matrix) 형태로 배열되될 수 있다. 또는, 제 2 전류 프로브들(42) 및 제 2 전압 프로브들(44)은 시편(S)의 중심으로부터 대칭되도록 배치될 수 있다. 이때, 제 2 전류 프로브들(42) 및 제 2 전압 프로브들(44)은 시편(S)의 둘레 방향을 따라 교번하여 배치될 수 있다. 이에 한정되지 않고, 제 2 전류 프로브들(42) 및 제 2 전압 프로브들(44)은 시편(S)의 일면 상에 균일하게 접촉할 수 있도록 배열될 수 있다. 이때, 제 2 전류 프로브들(42) 각각은 제 1 배선(52)에 연결될 수 있으며, 제 2 전압 프로브들(44) 각각은 제 2 배선(54)에 연결될 수 있다.
이와 동일하게, 도시하지는 않았지만, 제 1 전류 프로브들(32) 및 제 1 전압 프로브들(34)은 시편(S)의 타면 상에 균일하게 접촉할 수 있도록 배열될 수 있으며, 제 1 전류 프로브들(32) 및 제 1 전압 프로브들(34)이 배치되는 위치는 제 2 전류 프로브들(42) 및 제 2 전압 프로브들(44)이 배치되는 위치에 수직으로 대응될 수 있다. 이때, 제 1 전류 프로브들(32) 각각은 제 1 배선(52)에 연결될 수 있으며, 제 1 전압 프로브들(34) 각각은 제 2 배선(54)에 연결될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 제 1 프로브들(30) 및 제 2 프로브들(40)이 각각 시편(S)의 일면 및 타면에 균일하게 접촉할 수 있다. 이에 따라, 전기 신호가 시편(S)의 일측에 치우치지 않고 균일하게 흐를 수 있으며, 시편(S)의 비저항의 측정 정밀도가 향상될 수 있다. 또한, 프로브들(30, 40)이 시편(S)에 균일하게 접촉함에 따라, 프로브들(30, 40)이 시편(S)을 안정적으로 지지할 수 있다. 특히, 제 1 전류 프로브(32), 제 1 전압 프로브(34), 제 2 전류 프로브(42) 및 제 2 전압 프로브(44) 각각의 수가 많을수록, 시편(S)이 더욱 안정적으로 지지될 수 있다.
더하여, 프로브들(30, 40)이 시편(S)의 일면 상에 일렬로 배열되지 않고, 시편(S)의 양면에 나누어 배치될 수 있으며, 프로브들(30, 40)이 서로 인접하여 배열될 수 있다. 이에 따라, 프로브들(30, 40)이 시편(S)의 좁은 면적에 탐침하는 것이 용이할 수 있으며, 전기 비저항 측정장치는 좁은 면적을 갖는 시편(S)의 비저항을 측정하기 용이할 수 있다.
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
12: 제 1 지지판 14: 제 2 지지판
16: 지지대 22: 제 1 고정 모듈
24: 제 2 고정 모듈 30: 제 1 프로브
32: 제 1 전류 프로브 34: 제 1 전압 프로브
40: 제 2 프로브 42: 제 1 전류 프로브
44: 제 2 전압 프로브 52: 제 1 배선
54: 제 2 배선
A: 전류원 S: 시편
V: 전압계

Claims (1)

  1. 시편의 일측에 접촉하는 제 1 프로브를 갖는 제 1 고정 모듈;
    상기 시편의 타측에 접촉하는 제 2 프로브를 갖는 제 2 고정 모듈; 및
    상기 제 1 프로브 및 상기 제 2 프로브에 전류를 공급하고, 상기 제 1 프로브와 제 2 프로브 사이의 전압을 측정하는 외부 회로를 포함하되,
    상기 제 1 프로브 및 상기 제 2 프로브는 탄성력을 갖고 상기 시편을 양측에서 고정하는 전기 비저항 측정 장치.
KR1020170094387A 2017-07-25 2017-07-25 전기 비저항 측정 장치 KR20190011869A (ko)

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CN110568022B (zh) * 2019-10-21 2024-06-04 四川大学 一种双面多点位金属镀层电阻高速测量系统及测量方法

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CN110568022A (zh) * 2019-10-21 2019-12-13 四川大学 一种双面多点位金属镀层电阻高速测量系统及测量方法
CN110568022B (zh) * 2019-10-21 2024-06-04 四川大学 一种双面多点位金属镀层电阻高速测量系统及测量方法

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