Контактирующая головка для проведения четырёхзондовых измерений
CONTACT HEAD FOR FOUR-PROBE MEASUREMENTS

Область техники
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к оборудованию для обеспечения контакта измерительного оборудования с исследуемым образцом при проведении измерений поверхностного и удельного сопротивления четырёхзондовым методом. Изобретение предназначено для измерения поверхностного сопротивления различных материалов и тонких пленок в вакууме.
Уровень техники
Известно устройство для контроля толщины проводящей пленки изделий электронной техники непосредственно в технологическом процессе ее формирования в вакууме путем измерения электрического сопротивления, описанное в патенте  RU 2495370 C1, опубл. 10.10.2013. Известное устройство содержит подложку из диэлектрического или полупроводникового материала, металлические контактные площадки, выполненные на противоположных концах упомянутой подложки с лицевой ее стороны, для обеспечения соединения с измерительным прибором. В устройстве каждая металлическая контактная площадка выполнена двуслойной в виде ступенчатой структуры со стороны, противоположной концу упомянутой подложки.
Ближайшим аналогом является четырехзондовая головка зондового устройства, описанного в авторском свидетельстве SU 1406829 A2, опубл. 30.06.1988. Четырехзондовая головка состоит из зондовых иголок, к которым прикреплены электрические выводы. Иголки запрессованы в изолирующий корпус. Контактирование всех четырех зондов с измеряемой поверхностью достигается за счет балансирования предметного столика зондового устройства  вокруг оси.
Недостатками известного устройства являются излишняя конструктивная сложность измерительного устройства и низкая скорость проведения измерений.
Сущность изобретения
Техническим результатом является повышение скорости и точности измерений.
Контактирующая головка для проведения четырёхзондовых измерений включает две керамические пластины, соединённые при помощи четырёх латунных стоек, которые с внешней стороны обеспечивают подсоединение измерительного оборудования. На внешней пластине установлены четыре стойки, к которым подсоединены жёсткие проволоки, выполняющие роль пружин, обеспечивающих необходимое усилие прижатия в рабочем положении, для контактирующих иголок и электрического контакта между иголками и отводящими проводами для измерительного оборудования. Зондовые иголки располагаются на одной линии и проходят через обе керамические пластины через отверстия таким образом, что ось иголок перпендикулярна поверхности пластин и расстояние между концами соседних иголок одинаково.
Отсутствие корпуса четырёхзондовой головки повышает скорость проведения измерений. Подключение проводов зажимным способом позволяет повысить точность измерений. Указанные особенности позволяют проводить измерения поверхностного и удельного сопротивления непосредственно в процессе роста покрытий на диэлектрических и полупроводниковых подложках без необходимости охлаждать образец до комнатной температуры и развакуумировать технологическое оборудование.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 иллюстрирует схематичный вид устройства в трех проекциях.
Раскрытие изобретения
Контактирующая головка для проведения четырёхзондовых измерений конструктивно представляет собой две керамические пластины, соединённые при помощи четырёх латунных стоек. На внешней пластине установлены четыре стойки для подсоединения отводящих проводов. К данным стойкам подсоединены жёсткие проволоки, которые выполняют как роль пружин для контактирующих иголок, так и электрического контакта между иглами и отводящими проводами. Зондовые иглы располагаются на одной линии и проходят через обе керамические пластины через отверстия, таким образом, что ось игл перпендикулярна поверхности пластин и расстояние между концами соседних игл одинаково.
Измерительная четырёхзондовая головка для измерений в условиях вакуума при повышенной температуре (Фиг. 1) изготовлена в виде двух изоляторных пластин 2 из вакуумплотной керамики ВК94-1, зафиксированных относительно друг друга при помощи четырёх резьбовых втулок 3 из бериллиевой бронзы марки БрБ2 и винтов 4. В обеих пластинах сделаны отверстия для размещения вольфрамовых зондов 1 (зондовых игл). Сами отверстия и их взаимное расположение выполнены с минимально возможными допусками, поскольку они непосредственным образом влияют на такой важнейший параметр зондовой головки как расстояния между зондовыми иглами. Зонды закреплены при помощи упругих элементов 6, которые обеспечивают необходимое усилие прижатия в рабочем положении головки. Сами упругие элементы одновременно служат для передачи электрических сигналов и посредством гайки 9 и шайбы 7 зафиксированы в клеммах 8, установленных в одной из изоляторных пластин. Для установки зондовой головки на оборудование служат четыре бобышки с резьбовыми отверстиями 5, размещённые как продолжение резьбовых втулок. Клеммы и бобышки также изготовлены из бериллиевой бронзы марки БрБ2. Электрическое соединение четырёхзондовой головки с измерительным оборудование осуществляется посредством медных проводов из меди марки МБ в керамической изоляции, фиксируемых в клеммах при помощи установочных винтов 10.
Отсутствие корпуса четырёхзондовой головки позволяет повысить скорость проведения измерений за счет проведения полной и быстрой  дегазацию при помещении четырёхзондовой головки в вакуум. Подключение проводов зажимным способом позволяет избежать дополнительного загрязнения головки при пайке, что повышает точность измерений.
-6
За счёт использования в конструкции головки материалов с низким газовыделением, не подверженных разложению при повышенной температуре, обеспечивается возможность использования четырёхзондовой головки при температуре до 300 °C в вакуумных камерах с остаточным давлением до 9∙10⋅Па.
Измерительная четырёхзондовая головка предназначена для измерения поверхностного сопротивления тонких пленок (например, оксида ванадия) внутри вакуумной камеры в технологическом цикле производства и напыления этих пленок. Используется на этапе технологического контроля достаточности толщины слоя напыления методом контакта и четырехпроводного непосредственного измерения поверхностного сопротивления сторонним прибором.
Использование предлагаемой вакуумной четырехзондовой головки возможно в совокупности с иными сторонними измерительными средствами посредством подключения специальных проводов и локализации самой головки в среде глубокого вакуума и повышенных температур.