مقاومة الطبقة

المقاومة السطحية هي مقاومة قطعة مربعة من مادة رقيقة موصولة بضلعين متقابلين. ^{[ 1 ]} وهي عادةً ما تُستخدم لقياس المقاومة الكهربائية للأغشية الرقيقة ذات السماكة المنتظمة. وتُستخدم بشكل شائع لتوصيف المواد المصنعة بتقنيات تطعيم أشباه الموصلات، وترسيب المعادن، والطباعة بالمعجون المقاوم، وطلاء الزجاج . ومن أمثلة هذه العمليات: مناطق أشباه الموصلات المطعمة (مثل السيليكون أو السيليكون متعدد التبلور )، والمقاومات المطبوعة بتقنية الطباعة الحريرية على ركائز الدوائر الدقيقة الهجينة ذات الأغشية السميكة .

تكمن فائدة مقاومة الطبقة، مقارنةً بالمقاومة أو المقاومة النوعية، في إمكانية قياسها مباشرةً باستخدام جهاز استشعار رباعي الأطراف (يُعرف أيضًا بقياس المسبار رباعي النقاط)، أو بشكل غير مباشر باستخدام جهاز اختبار يعتمد على التيارات الدوامية دون تلامس. تبقى مقاومة الطبقة ثابتة بغض النظر عن حجم طبقة التلامس، وبالتالي يمكن استخدامها لمقارنة الخصائص الكهربائية للأجهزة ذات الأحجام المختلفة بشكل ملحوظ.

تُستخدم مقاومة الطبقة في الأنظمة ثنائية الأبعاد التي تُعتبر فيها الأغشية الرقيقة كيانات ثنائية الأبعاد. وعند استخدام مصطلح مقاومة الطبقة، يُفترض أن التيار يسري على طول مستوى الطبقة، وليس عموديًا عليه.

في موصل ثلاثي الأبعاد منتظم، يمكن كتابة المقاومة على النحو التالي:$${\displaystyle R=\rho {\frac {L}{A}}=\rho {\frac {L}{Wt}},}$$أين

• ${\displaystyle \rho }$المقاومة النوعية للمادة ،
• ${\displaystyle L}$هو الطول،
• ${\displaystyle A}$وهي مساحة المقطع العرضي، والتي يمكن تقسيمها إلى:
  • عرض${\displaystyle W}$،
  • سماكة${\displaystyle t}$.

بدمج المقاومة النوعية مع السماكة، يمكن كتابة المقاومة على النحو التالي:$${\displaystyle R={\frac {\rho }{t}}{\frac {L}{W}}=R_{\text{s}}{\frac {L}{W}},}$$أين${\displaystyle R_{\text{s}}}$هي مقاومة الطبقة. إذا كان سمك الفيلم معروفًا، فإن المقاومة النوعية للمادة${\displaystyle \rho }$يمكن حساب (بوحدة أوم متر) عن طريق ضرب مقاومة الطبقة في سمك الفيلم بالمتر:$${\displaystyle \rho =R_{s}\cdot t.}$$

يُستخدم مسبار رباعي النقاط لتجنب مقاومة التلامس، التي قد تكون قيمتها مساوية لمقاومة الطبقة. عادةً ما يُطبَّق تيار ثابت على مسبارين، ويُقاس الجهد على المسبارين الآخرين باستخدام فولتميتر عالي المقاومة . يجب تطبيق عامل هندسي وفقًا لشكل مصفوفة النقاط الأربع. من المصفوفات الشائعة المصفوفة المربعة والمصفوفة الخطية. لمزيد من التفاصيل، راجع طريقة فان دير باو .

يمكن أيضًا إجراء القياس بتطبيق قضبان توصيل عالية التوصيل على حافتين متقابلتين لعينة مربعة (أو مستطيلة). تُقاس المقاومة عبر مساحة مربعة بوحدة أوم/مربع (Ω/◻). أما بالنسبة للمستطيل، فيُضاف عامل هندسي مناسب. يجب أن تُشكّل قضبان التوصيل اتصالًا أوميًا .

يُستخدم القياس الاستقرائي أيضًا. تقيس هذه الطريقة تأثير الحماية الناتج عن التيارات الدوامية . في أحد تطبيقات هذه التقنية، توضع صفيحة موصلة قيد الاختبار بين ملفين. كما تتيح طريقة قياس مقاومة الصفيحة هذه، التي لا تتطلب التلامس، توصيف الأغشية الرقيقة المغلفة أو الأغشية ذات الأسطح الخشنة. ^{[ 2 ]}

تتمثل إحدى الطرق البسيطة جدًا لقياس المقاومة باستخدام مسبارين في قياس المقاومة عندما يكون المسباران متقاربين، ثم قياسها مرة أخرى عندما يكون المسباران متباعدين. ويكون الفرق بين هاتين المقاومتين في حدود مقدار المقاومة السطحية.

تُعدّ قياسات مقاومة الصفائح شائعةً جدًا لتحديد مدى تجانس الطلاءات والمواد الموصلة أو شبه الموصلة، وذلك لأغراض ضمان الجودة على سبيل المثال. تشمل التطبيقات النموذجية التحكم المباشر في عمليات تصنيع المعادن، وأكاسيد المعادن الشفافة الموصلة، والمواد النانوية الموصلة، أو غيرها من الطلاءات على الزجاج المعماري ، والرقائق، وشاشات العرض المسطحة، ورقائق البوليمر، وشاشات OLED ، والسيراميك، وغيرها. غالبًا ما يُستخدم مسبار التلامس رباعي النقاط لإجراء قياسات أحادية النقطة للمواد الصلبة أو الخشنة. أما أنظمة التيار الدوامي غير التلامسية فتُستخدم للطلاءات الحساسة أو المغلفة، وللقياسات المباشرة، ولرسم الخرائط عالية الدقة.

• مواد مقاومة للكهرباء الساكنة

• قياس مقاومة الصفائح