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2022-04-11T13:16:13Z

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{{Dieser Artikel|bezieht sich auf die Messung des elektrischen Widerstands von Flächen oder dünnen Schichten. Die Messung sonstiger (nicht flächenhafter) elektrischer Widerstände mit vier Anschlüssen wird unter [[Vierleitermessung]] behandelt.}}

Die '''Vierpunktmethode''', auch '''Vierpunktmessung''' oder '''Vierspitzenmessung''', ist ein Verfahren, um den [[Flächenwiderstand]], also den [[Elektrischer Widerstand|elektrischen Widerstand]] einer [[Grenzfläche|Oberfläche]] oder dünnen Schicht, zu ermitteln.

== Beschreibung ==
[[Datei:Fourpointprobe GMR.png|mini|Anordnung der Messspitzen]]
Vier Messspitzen werden in einer Reihe auf die Oberfläche gebracht um den elektrischen Widerstand zu bestimmen. Über die beiden äußeren Spitzen fließt ein kontrollierter Strom, während über den beiden inneren der [[Elektrostatik#Potential und Spannung|Potentialunterschied]] bzw. die [[elektrische Spannung]] gemessen wird. Da das Verfahren auf dem Prinzip der [[Vierleitermessung]] beruht, ist es weitgehend unabhängig vom [[Übergangswiderstand]] zwischen den Messspitzen und der Oberfläche (Prinzip [[Thomson-Brücke]]). Je dichter die Spitzen dem Rand der Probe kommen, desto mehr wird die Messung verfälscht: Die elektrischen [[Feldlinie|Stromlinien]] können sich nicht frei ausbreiten, sie müssen parallel zum Rand der Probe fließen.

Wenn benachbarte Messspitzen jeweils den gleichen Abstand haben, erhält man den Flächenwiderstand <math>R_{\Box}</math> aus der gemessenen Spannung <math>U</math> und dem Strom <math>I</math> mittels:
:<math>R_{\Box} = \frac{\pi}{\ln{2}} \frac{U}{I} \approx 4{,}532 \frac{U}{I}</math>.

Diese Formel gilt jedoch nur im Idealfall einer (im Vergleich zum Spitzenabstand) sehr dünnen, unendlich ausgedehnten Oberfläche mit homogenem Widerstandsverhalten.

Diese Messmethode ist an verschiedene Voraussetzungen gebunden:

* Die Schichtdicke muss sehr viel kleiner als der Abstand der Spitzen sein. (typischerweise 1 mm)
* Die Gesamtfläche der Schicht muss (unendlich) groß gegenüber dem Abstand der Spitzen sein.
* Die Unterlage muss elektrisch isolierend sein, sodass der Strom nur durch die Schicht fließt. (Bei Halbleiterwafern ist diese Bedingung auch erfüllt, wenn Schicht und Unterlage entgegengesetzt dotiert sind, da dann die Grenzschicht als Isolator dient.)

Vierpunktmessungen werden beispielsweise in der Halbleitertechnologie eingesetzt, um den [[Flächenwiderstand]] einer auf den Halbleiter aufgebrachten Schicht zu bestimmen, dabei kann jedoch die Schicht durch die Messspitzen beschädigt werden.

Um aus dem Flächenwiderstand <math>R_{\Box}</math> den [[Spezifischer Widerstand|spezifischen Widerstand]] <math>\rho</math> des Schichtmaterials zu errechnen, multipliziert man ihn mit der Schichtdicke <math>d</math>:

:<math>\rho = {d} \cdot {R_{\Box}}</math>
:Diese Gleichung gilt dann nur, wenn es sich um eine quadratische Probe mit der Bedingung <math>l=b</math> (die Länge <math>l</math> ist gleich der Breite <math>b</math> der zu messenden Schicht bzw. Probe) handelt.

Zur Bestimmung des spezifischen Widerstandes einer Schicht bzw. deren Flächenwiderstandes bei beliebiger Anordnung der Messkontakte wurde die [[Van-der-Pauw-Messmethode]] entwickelt.

== Anwendung ==
Die Vierpunktmethode ist die Standardmessmethode zur Bestimmung der [[Elektrische Leitfähigkeit|elektrischen Leitfähigkeit]] in der [[Halbleiterindustrie]] ([[Halbleitertechnik]], [[Photovoltaik]] usw.).

== Weblinks ==
* [http://www.icrjena.de/equip04.html Erklärung auf der Website von ICR Jena]

[[Kategorie:Elektrische Messtechnik]]

Vier-Punkt-Methode - Versionsgeschichte

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