石墨烯因其超高的載流子遷移率、機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性，被視為下一代電子器件、傳感器及能源材料的核心候選。但其產(chǎn)業(yè)化面臨關(guān)鍵挑戰(zhàn)：不同合成方法（如CVD、機(jī)械剝離）導(dǎo)致材料性能差異顯著，亟需國際標(biāo)準(zhǔn)確保測量的一致性與可重復(fù)性。為此，國際電工委員會(huì)（IEC）發(fā)布了IEC TS 62607-6-7（范德堡法）和IEC TS 62607-6-8（在線四探針法），旨在規(guī)范大面積CVD石墨烯的薄層電阻（Rs）測量。本文基于Xfilm埃利在線四探針方阻儀的應(yīng)用，為標(biāo)準(zhǔn)化測量提供了高效工業(yè)工具。

IEC新標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)與核心方法

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IEC標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)階段示意圖

標(biāo)準(zhǔn)化流程：

• 從初步提案（PWI）到技術(shù)規(guī)范（TS）的迭代過程，包括草案修訂、技術(shù)委員會(huì)投票及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
• 強(qiáng)調(diào)多學(xué)科合作（如GRACE聯(lián)盟）對方法科學(xué)性的支撐。

核心測量技術(shù)：

• 在線四探針法：通過線性排列探針減少接觸電阻影響，適用于快速工業(yè)檢測。
• 范德堡法：適用于任意形狀樣品，假設(shè)電阻率均勻性。

技術(shù)原理：四探針法通過線性排列的探針（外側(cè)通電流，內(nèi)側(cè)測電壓）直接計(jì)算Rs，避免接觸電阻干擾，適用于大面積連續(xù)薄膜（如CVD石墨烯）。 四探針法測量石墨烯樣品的四端子電阻（R4W）結(jié)果

四探針法測量探針在SiO?基底單層CVD石墨烯上的接觸點(diǎn)SEM

標(biāo)準(zhǔn)化突破：

• 機(jī)械接觸可行性：實(shí)驗(yàn)表明，彈簧探針（接觸力可控）在0–1.2 mm位移范圍內(nèi)，R4W變異度僅1%，SEM證實(shí)損傷面積≤30 μm2，滿足工業(yè)無損檢測需求。
• 環(huán)境控制規(guī)范：標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定測量需在溫濕度穩(wěn)定環(huán)境（T=23±0.5℃，RH=50±4%）進(jìn)行，避免吸附水分子導(dǎo)致的電導(dǎo)漂移。

優(yōu)勢：測量速度快（秒級(jí)）、設(shè)備成本低，適合生產(chǎn)線實(shí)時(shí)監(jiān)控。

范德堡法

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技術(shù)挑戰(zhàn)：傳統(tǒng)范德堡法假設(shè)樣品電阻率均勻，但實(shí)際CVD石墨烯常存在晶界、摻雜梯度等非均勻性，導(dǎo)致單點(diǎn)測量誤差顯著。

多端子范德堡法測量裝置示意圖

標(biāo)準(zhǔn)化創(chuàng)新：

• 多配置平均法：通過多探針組合（如16觸點(diǎn)陣列）測量不同接觸配置下的Rs，計(jì)算配置平均Rs，將非均勻樣品的不確定度從單點(diǎn)114.5 Ω（S28）降低至整體7.3 Ω（S40）。
• 誤差修正模型：引入接觸點(diǎn)尺寸（δ/D=0.003）與邊緣距離（d/D=0.05）的修正因子，使理論誤差<0.2%。

工業(yè)適配：標(biāo)準(zhǔn)推薦4觸點(diǎn)的基礎(chǔ)配置，兼顧成本與精度，同時(shí)要求報(bào)告配置平均結(jié)果及不確定度，提升數(shù)據(jù)可比性。

樣品S40的薄層電阻（Rs）測量結(jié)果

方法互補(bǔ)性驗(yàn)證

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兩個(gè)CVD石墨烯樣品的范德堡法測量與局部電阻率分布對比

• 四探針法與范德堡法在均勻樣品（S40）中結(jié)果一致（Rs=347.6 Ω vs. TDS均值340 Ω），驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)可靠性。
• 非均勻樣品（S28）中，范德堡法需依賴多配置平均，而四探針法因局部測量特性，需結(jié)合TDS空間分布圖綜合評(píng)估。
• 不確定性分析：四探針法的B類不確定度（儀器精度）主導(dǎo)（0.05 Ω），而范德堡法的A類不確定度（空間異質(zhì)性）更顯著（7.3 Ω），凸顯方法適用場景差異。

IEC TS 62607-6-7（范德堡法）與TS 62607-6-8（在線四探針法）的發(fā)布，標(biāo)志著石墨烯電學(xué)性能測量從實(shí)驗(yàn)室探索邁向工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)。機(jī)械接觸方案與多配置平均法降低企業(yè)技術(shù)門檻，通過統(tǒng)一環(huán)境條件、不確定度評(píng)估方法，實(shí)現(xiàn)全球產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)據(jù)互通。

Xfilm埃利在線四探針方阻儀

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Xfilm埃利在線方阻測試儀是專為光伏工藝監(jiān)控設(shè)計(jì)的在線四探針方阻儀，可以對最大230mm×230mm的樣品進(jìn)行快速、自動(dòng)的掃描，獲得樣品不同位置的方阻/電阻率分布信息。

• 最大樣品滿足230mm×230mm
• 測量范圍：1mΩ~100MΩ
• 測量點(diǎn)數(shù)支持5點(diǎn)、9點(diǎn)測量，同時(shí)測試5點(diǎn)滿足≤5秒，同時(shí)測試9點(diǎn)滿足≤10秒
• 測量精度：保證同種型號(hào)測量的精準(zhǔn)度不同測試儀器間測試誤差在±1%

Xfilm埃利在線四探針方阻儀助力產(chǎn)線高效監(jiān)控，不僅為科研提供了可靠工具，更為石墨烯在柔性電子、傳感器等領(lǐng)域的工業(yè)化應(yīng)用奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。未來，隨著測量技術(shù)的迭代，IEC標(biāo)準(zhǔn)將持續(xù)演進(jìn)，推動(dòng)石墨烯從實(shí)驗(yàn)室邁向大規(guī)模生產(chǎn)。

原文出處：《New IEC standards for the measurement of sheet resistance on large-area

graphene using the van der Pauw and the in-line four-point probe methods》

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