Измерение резистивности и проводимости

     Существует ряд методов для измерения сопротивления и проводимости. Простейшими являются методы основанные на измерении тока, протекающего через резистор, подключенный и источнику ЭДС – рис. 3. и методом измерения напряжения на резисторе, падающего от протекающего через нетто тока – рис. 4. Оба этих метода относятся к двухточечным схемам измерения.

Рис. 3. Измерение сопротивления по току, протекающего через резистор


Рис. 4. Измерение сопротивления по напряжению, падающего на нем от протекающего через резистор заданного тока

     Первый метод наиболее удобен при измерении проводимости G=1/R=I/V. Разумеется, измеряя обратную величину (что в цифровых приборах не проблема) можно измерять и сопротивление. Второй метод дает R=V/I, где V – показания вольтметра. Ввиду очень широкого диапазона измерения напряжений и токов современными цифровыми приборами оба простейших метода можно считать практически равноценными. Оба метода дают легко оцениваемую погрешность в случае неидеальности источников напряжения или тока и измерителей напряжения и тока.
     Нередко, особенно в производственных условиях микроэлектронного производства, измерения приходится проводить при значительном удалении измеряемого объекта от источников энергии и измерителей. В этом случае, особенно при измерении малых сопротивлений (порядка десятков Ом и менее) особенно значительную погрешность могут вводить длинные провода и провода пробников. Это поясняет рис. 5, на котором показано измерение сопротивления резистора R_s при учете сопротивлений подводящих проводов R_lead.

Рис. 5. Двухточечная схема измерения, учитывающая сопротивлении проводящих проводов

     Из рис. 5 нетрудно сделать вывод, что ток тестирования I от источника тока омметра (или мультиметра) проходит как через измеряемое сопротивление R_S, как и через сопротивления подводящих проводов. Поэтому измеряемое вольтметров VM напряжение будет равно V_R+2_RLEAD. В результате вместо значения R_S будет показывать значение R_S+2_RLEAD. Эта погрешность особенно существенна в приборах для измерения малых сопротивлений – миллиометров и микроомметров. Эти приборы часто применяются для измерения сопротивления печатных и напыляемых проводников в интегральных схемах, а также для измерения сопротивления заземления различных промышленных объектов и измерительных приборов.
     Наиболее эффективно устранение этого недостатка достигается при переходе от двухточечной схемы измерения к четырехточечной схеме, показанной на рис. 6. В этой схеме измеряется напряжение прямо на тестируемом резисторе, а через подводящие провода вольтметра течет ничтожно малый ток, так как вольтметр легко сделать высокоомным. Поэтому погрешность измерений из-за влияния подводящих проводов может быть ничтожно малой.

Рис. 6. Четырехточечная схема для измерения малых сопротивлений

     Пример реализации четырехточечной схемы на приборах фирмы Keithley показан на рис. 7. Реализованная в этом примере схема измерений отличается возможностью измерения тестируемого тока с помощью высокоточного измерителя тока и обеспечивает высокую точность измерения сопротивлений в широком диапазоне их номиналов.

Рис. 7. Конфигурация приборов фирмы Keithley для реализации четырехточечной схемы измерения сопротивления

     Нелинейные резисторы и полупроводниковые приборы могут иметь ВАХ с падающими участками отрицательного сопротивления R_о(I)=dU/dI<0 или отрицательной проводимости G_o(U)=dI/dU<0. На этих участках при наличии паразитных реактивностей возможна генерация синусоидальных или релаксационных колебаний. Есть целый ряд приборов с такими ВАХ – однопереходные и лавинные транзисторы, S-диоды, динисторы и тиристоры, лямбда-транзисторы и др. [6-11]. Есть и приборы, у которых имеет место дифференциальное отрицательное сопротивление или проводимость, которые проявляются в определенном диапазоне частот – например, лавинно-пролетные диоды, диоды Ганна и др. Такое разнообразие характеристик заметно осложняет измерение ВАХ нелинейных приборов, относящихся к классу активных приборов. В том числе и нелинейных резисторов.

Источник
А. А. Афонский, В. П. Дьяконов, Электронные измерения в нанотехнологиях и в микроэлектронике
Под ред. проф. В. П. Дьяконова, Москва, ДМК пресс, 2011