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半導(dǎo)體電阻率測(cè)試儀

一,、概述

BD-86A型半導(dǎo)體電阻率測(cè)試儀是根據(jù)四探針測(cè)試原理研制成功的新型半導(dǎo)體電阻率測(cè)試器,，適合半導(dǎo)體器件廠、材料廠用于測(cè)量半導(dǎo)體材料（片狀,、棒狀）的體電阻率,、方塊電阻（薄層電阻），也可以用作測(cè)量金屬薄層電阻,、導(dǎo)電薄層電阻,，具有測(cè)量精度高、范圍廣,、穩(wěn)定性好,、結(jié)構(gòu)緊湊、使用方便,、價(jià)格低廉等特點(diǎn),。

儀器分為電氣箱和測(cè)試架兩大部分，電氣箱由高靈敏度直流數(shù)字電壓表,，高穩(wěn)定、高精度的恒流源和高性能的電源變換裝置組成,，測(cè)量結(jié)果由LED數(shù)字顯示,，零位穩(wěn)定，輸入阻抗極高,。在片狀材料測(cè)試時(shí),，具有系數(shù)修正功能，使用方便,。測(cè)試架分為固定式和手持式兩種,，探頭的探針具有寶石導(dǎo)向,，測(cè)量精度高、游移率小,、耐磨和使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn),，而且探針壓力可調(diào)，特別適合薄片材料的測(cè)量,。

二,、主要技術(shù)指標(biāo)

1.測(cè)量范圍：

電阻率：10^-3--10³Ω㎝（可擴(kuò)展到10⁵Ω㎝），分別率10^-4Ω㎝,。

方塊電阻：10^-2--10⁴Ω/□（可擴(kuò)展到10⁶Ω/□）,，分辨率10^-3Ω/□。

薄層金屬電阻：10^-4--10⁵Ω,，分辨率10^-4Ω,。

2.數(shù)字電壓表：

電壓表量程為3檔，分別是20mV檔（分辨率10μV),；200mV檔(分辨率100μV),；2V檔（分辨率1mV)。電壓表測(cè)量誤差±0.3%讀數(shù)±1字,，輸入阻抗大于10⁹Ω,。

3.恒流源：

恒流源由交流供電，輸出直流電流0---100mA連續(xù)可調(diào),。恒流源量程為5檔,，分別是10μA、100μA,、1mA,、10mA、100mA,；分辨率對(duì)應(yīng)是10nA,、0.1μA、1μA,、10μA,、0.1mA。電流誤差±0.3%讀數(shù)±2字,。

4.測(cè)試架：（可選件）

測(cè)試架分為固定和手持兩種,，可測(cè)半導(dǎo)體材料尺寸為直徑Φ15--Φ600㎜。測(cè)試探頭探針間距S=1㎜,，探針機(jī)械游移率±0.3%,，探針壓力可調(diào)。

5.顯示：3?位LED數(shù)字顯示0-1999,，能自動(dòng)顯示單位,、小數(shù)點(diǎn),、極性、過(guò)載,。

6.電性能：電性能模擬考核誤差﹤±0.3%,，符合ASTM規(guī)定指標(biāo)。

7.電源：220V±10%,，50Hz或60Hz,，功耗﹤30W。

8.電氣箱外形尺寸：440×320×120㎜,。

三,、工作原理

直流四探針?lè)y(cè)試原理簡(jiǎn)介如下：

（1）體電阻率測(cè)量：

如圖：當(dāng)1、2,、3,、4根金屬探針排成一直線時(shí)，并以一定壓力壓在半導(dǎo)體試樣上,，在1,、4兩處探針間通過(guò)電流I，則2,、3探針間產(chǎn)生電壓差V,。

材料的電阻率ρ=（V/I）×C （Ω㎝） .......3-1

式3-1中：C為探針系數(shù)，由探針幾何位置決定,，當(dāng)試樣電阻率分布均勻,，試樣尺寸滿(mǎn)足半無(wú)限大條件時(shí)，

C=2π÷{1/S1+1/S3-1/(S1+S2)-1/(S2+S3）}=2πFSP......3-2

式3-2中：S1,、S2,、S3分別為探針1與2、2與3,、3與4之間的距離,。當(dāng)S1=S2=S3=1mm時(shí)，則FSP=1,，C=2π,。若電流取I=C時(shí)，

電阻率ρ=V,，可由數(shù)字電壓表直接讀出,。

①、塊狀和棒狀晶體電阻率測(cè)量：由于塊狀和棒狀樣品外形尺寸與探針間距比較,，合乎半無(wú)限大的邊界條件，電阻率值可以直接由公式3-1,、3-2式求出,。

②,、薄片電阻率測(cè)量：由于薄片樣品厚度和探針的間距相比，不能忽略,。測(cè)量時(shí)要提供樣品的厚度,、形狀和測(cè)量位置的修正系數(shù)。

電阻率值可由下面公式得出：

ρ=V/I×2πS×FSP×G(W/S)×D(d/s)= ρ₀×G(W/S)×D(d/s)...3-3

式中：ρ₀為塊形體電阻率,，W為試片厚度,，S為探針間距，G（W/S）為樣品厚度修正函數(shù),，D(d/s)為樣品形狀和測(cè)量位置修正函數(shù),。

③、方塊電阻,、薄層電阻測(cè)量：當(dāng)半導(dǎo)體薄層尺寸滿(mǎn)足半無(wú)限大平面條件時(shí)：

R□=π/ln2×(V/I)=4.532(V/I) ........3-4

若取I¹=4.532I,，則R□值可由電壓表直接讀出。

注意：以上的測(cè)量都在標(biāo)準(zhǔn)溫度(23⁰ C)下進(jìn)行,，若在其他溫度環(huán)境中測(cè)量,，應(yīng)乘以該材料的溫度修正系數(shù)FT。

FT=1-CT（T23⁰） ..........3-5

式中：CT為材料的溫度系數(shù),。（請(qǐng)根據(jù)不同材料自行查找）

（2）金屬電阻測(cè)試：本儀器也可用作金屬電阻的測(cè)量,，采用四端子電流-電壓降法，能方便的測(cè)量金屬電阻R,，測(cè)量范圍從100μΩ---200K

四,、儀器結(jié)構(gòu)

本儀器為臺(tái)式結(jié)構(gòu)，分為電氣箱和測(cè)試架兩大部分,。

【1】電氣箱為儀器主要電器部分,，電氣箱前面板如圖4-1所示：

圖中：1-電源開(kāi)關(guān) 2-顯示屏 3-電流量程開(kāi) 4-電壓量程開(kāi)關(guān) 5-工作方式開(kāi)關(guān) 6-測(cè)量選擇開(kāi)關(guān) 7-信號(hào)輸入端口 8-調(diào)零電位器 9-電流調(diào)節(jié)電位器 10-電流開(kāi)關(guān) 11-極性轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)

電氣箱后面板如圖4-2所示：

前面板功能說(shuō)明：

1-(POWER)-電源220V控制開(kāi)關(guān)。

2-LED顯示屏：3 ?位LED數(shù)字顯示（0-1999）,，自動(dòng)顯示小數(shù)點(diǎn),、單位和過(guò)載，測(cè)試方塊電阻時(shí),，單位mΩcm當(dāng)作mΩ/□,，測(cè)量金屬電阻時(shí)，單位mΩ㎝當(dāng)作mΩ,。

3-(I RANGE)-電流量程開(kāi)關(guān)5檔（10μA/100μA/1mA/10mA/100mA),；4-(V RANGE)-電壓量程開(kāi)關(guān)3檔（20mV/200mA/2V)；

5-(FUNCTION)-工作方式開(kāi)關(guān)5檔,，從左到右分別是“4.53”檔為輸入電壓值×4.532,，測(cè)量方塊電阻用；“6.28”檔為輸入電壓值×0.628,，測(cè)量電阻率用,；“I”檔為輸入電壓×1,，測(cè)量金屬電阻用；“I ADJ”電流調(diào)節(jié)檔,，和電流調(diào)節(jié)電位器配合使用,，用于調(diào)節(jié)輸出電流；“CAL”自校檔,，自校值“199X”,。

6-(MEAS.SEL)-測(cè)量選擇開(kāi)關(guān)為兩檔開(kāi)關(guān)，“SHORT”短路檔,、“MEAS”測(cè)量檔,。

7-(INPOT)-信號(hào)輸入端口為5芯端口，是電壓降信號(hào)輸入和恒流電流輸出的端口,。

8-（ZERO ADJ)-調(diào)零電位器,，當(dāng)我們?cè)跍y(cè)試時(shí)，如果樣品接觸良好,，在不加電的情況下,，數(shù)字電壓表讀數(shù)應(yīng)歸零，如有偏差時(shí),，可通過(guò)調(diào)零電位器調(diào)節(jié)歸零,。

9-(I ADJ)-電流調(diào)節(jié)電位器，可連續(xù)調(diào)節(jié)電流輸出值0---1000（滿(mǎn)刻度）,，與工作方式開(kāi)關(guān)“I ADJ”配合使用,，也可作為修正系數(shù)輸入用。

10-（CURRENT)-電流開(kāi)關(guān)為電流加電開(kāi)關(guān),，按入時(shí),，電流輸出；退出時(shí),，電流斷開(kāi),。

11-（POLARITY)-極性轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，可改變電流輸出的正負(fù)極性,。

【2】測(cè)試架：測(cè)試架分為固定和手持式兩種,，根據(jù)使用環(huán)境的不同可自行選擇，固定式測(cè)試架適合高精度的測(cè)量,，探頭固定在專(zhuān)用的測(cè)試架上,，在實(shí)驗(yàn)室條件下，進(jìn)一步提高了測(cè)量精度（見(jiàn)圖4-4）,。手持式Z大的優(yōu)點(diǎn)是攜帶方便,、測(cè)量方便，可直接在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)使用（見(jiàn)圖4-3）。

手持式測(cè)試探頭簡(jiǎn)圖4-3所示：

圖中：1-測(cè)試導(dǎo)線 2-手柄 3-壓力調(diào)節(jié)環(huán) 4-測(cè)試支架 5-探頭和探針

固定式測(cè)試架簡(jiǎn)圖（4-4）所示：

圖(4-4)固定式測(cè)試架

圖中：1-支桿 2-支架塊 3-滑塊 4-滑塊調(diào)節(jié)（上下） 5-探頭支架 6-探頭和探針 7-可移動(dòng)平臺(tái)（前后） 8-滑槽 9-底板 10-支架塊固定桿 11-探頭導(dǎo)線

五,、使用和操作

（一）,、測(cè)試準(zhǔn)備：

1.將儀器和試樣放置在溫度23⁰C±2⁰C，濕度﹤65%的工作環(huán)境中,。

2. 測(cè)試架和電氣箱用輸入輸出連線連接好，儀器接通電源,，工作方式開(kāi)關(guān)置于短路位置,，電流開(kāi)關(guān)退出，接通220V電源,，儀器預(yù)熱半小時(shí),。

3.測(cè)試架調(diào)好位置，放上試樣,，使探頭與試樣良好接觸,。

(二)、測(cè)試：

1.將工作方式開(kāi)關(guān)置于“I調(diào)節(jié)”,，按入電流開(kāi)關(guān),，并調(diào)節(jié)電流電位器，使數(shù)字顯示為你需要的電流值,。注意：測(cè)試塊狀,、棒狀晶體和薄層方塊電阻試樣時(shí)，請(qǐng)調(diào)節(jié)電流電位器到“1000”,，當(dāng)測(cè)量薄片電阻率時(shí),，請(qǐng)根據(jù)試樣厚度，查表得到修正系數(shù)值（厚度修正系數(shù)表見(jiàn)說(shuō)明書(shū)末頁(yè)）,，調(diào)節(jié)電位器到修正值,。例如硅片厚度0.23㎜，查表得到0.1659,，調(diào)節(jié)電流電位器,，使顯示值為166。

2.根據(jù)被測(cè)材料,，選擇電壓和電流量程,，使顯示值達(dá)到我們需要的精度。

3.測(cè)量選擇開(kāi)關(guān)置于“測(cè)量”位置,，根據(jù)不同的試樣,，工作方式開(kāi)關(guān)置于不同位置，①塊狀,、棒狀樣品和薄片樣品電阻率測(cè)試請(qǐng)把開(kāi)關(guān)放到“6.28”檔,；②薄層電阻測(cè)試請(qǐng)放到“4.53”檔；③金屬電阻測(cè)試請(qǐng)放到“I”檔。

4.檢查顯示屏顯示是否為000,，可以通過(guò)調(diào)零電位器,，調(diào)整零位，使顯示值為“000”,。

5.現(xiàn)在按入電流開(kāi)關(guān),，應(yīng)有顯示，可配合電壓和電流量程開(kāi)關(guān)再一次調(diào)整,，使顯示值為我們需要的精度值,。然后極性開(kāi)關(guān)反轉(zhuǎn)，把兩次顯示值平均后的值,，即是我們要測(cè)量的值,。

（三）、注意事項(xiàng)：

1.以上電阻率測(cè)試是在環(huán)境溫度23℃下的值,，如測(cè)試時(shí)環(huán)境溫度有變,，請(qǐng)考慮溫度修正（溫度修正系數(shù)Ft請(qǐng)用戶(hù)根據(jù)不同材料自行查找，見(jiàn)公式3-5）,，輸入K值時(shí),，K=Ft×K(修正到23℃）。實(shí)際測(cè)量,，在輸入電流值時(shí),，請(qǐng)乘以Ft值為電流實(shí)際輸入值。例如：塊狀樣品測(cè)試,，“I ADJ”輸入值為1000,，此時(shí)我們應(yīng)輸入1000×Ft，測(cè)得的電阻率值是23℃時(shí)的修正值,。

2.當(dāng)工作方式開(kāi)關(guān)置于“6.28”進(jìn)行測(cè)量,，測(cè)量顯示值為電阻率；當(dāng)開(kāi)關(guān)置于“4.53”時(shí),，顯示值應(yīng)讀為R/□,；在“I”檔測(cè)量金屬電阻，顯示值應(yīng)讀為電阻R,。

3.測(cè)試架上的探頭為易損件,，測(cè)量時(shí)請(qǐng)小心加壓，測(cè)試完畢,，請(qǐng)及時(shí)升起探頭,。

六、復(fù)校和維修

1.本儀器有自校功能,，儀器內(nèi)部設(shè)有精密電阻,，當(dāng)工作在自校檔,，按入電流開(kāi)關(guān)后，顯示自校值199X±6個(gè)字,。自校檔可作為檢查儀器精度使用,，為保證儀器測(cè)試精度，請(qǐng)定期對(duì)儀器進(jìn)行復(fù)校,，尤其是儀器進(jìn)過(guò)劇烈震動(dòng)和環(huán)境溫度突變后,，發(fā)現(xiàn)超差請(qǐng)及時(shí)送修。

2.測(cè)試探頭為易損件,，請(qǐng)定期按照國(guó)標(biāo)JJG508-87中規(guī)定,，對(duì)探頭進(jìn)行復(fù)校。如超差,，應(yīng)更換新的探頭。

3.本儀器也可按照國(guó)標(biāo)或ASTM84-73規(guī)定的指標(biāo)和實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行復(fù)校,。

七,、儀器包裝及附件

1.電氣箱一臺(tái)

2.測(cè)試架一臺(tái)（固定、手持可選）

3.四探針探頭一個(gè)（已安裝在測(cè)試架上）

4.使用說(shuō)明書(shū)一份

5.電源線一根

6.合格證一張

7.四端子測(cè)試線一根