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半導體電阻率測試儀

一、概述

   BD-86A型半導體電阻率測試儀是根據(jù)四探針測試原理研制成功的新型半導體電阻率測試器,，適合半導體器件廠、材料廠用于測量半導體材料（片狀,、棒狀）的體電阻率,、方塊電阻（薄層電阻），也可以用作測量金屬薄層電阻,、導電薄層電阻,，具有測量精度高,、范圍廣、穩(wěn)定性好,、結構緊湊,、使用方便、價格低等特點,。

     儀器分為電氣箱和測試架兩大部分,，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,，測量結果由LED數(shù)字顯示，零位穩(wěn)定,，輸入阻抗*,。在片狀材料測試時，具有系數(shù)修正功能,，使用方便,。測試架分為固定式和手持式兩種，探頭的探針具有寶石導向,，測量精度高,、游移率小、耐磨和使用壽命長等特點,，而且探針壓力可調,，特別適合薄片材料的測量。

二,、主要技術指標

1.測量范圍：

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

方塊電阻：10^-2--10⁴Ω/□（可擴展到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。恒流源量程為5檔,，分別是10μA,、100μA,、1mA、10mA,、100mA,；分辨率對應是10nA、0.1μA,、1μA,、10μA、0.1mA,。電流誤差±0.3%讀數(shù)±2字,。

4.測試架：（可選件）

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

5.顯示：3?位LED數(shù)字顯示0-1999,，能自動顯示單位、小數(shù)點,、極性,、過載。

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

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

直流四探針法測試原理簡介如下：

（1）體電阻率測量：

如圖：當1,、2,、3、4根金屬探針排成一直線時,，并以一定壓力壓在半導體試樣上,，在1、4兩處探針間通過電流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,，當試樣電阻率分布均勻，試樣尺寸滿足半無限大條件時，

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S1=S2=S3=1mm時,，則FSP=1,，C=2π。若電流取I=C時,，

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,、薄片電阻率測量：由于薄片樣品厚度和探針的間距相比，不能忽略,。測量時要提供樣品的厚度,、形狀和測量位置的修正系數(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)為樣品形狀和測量位置修正函數(shù),。

③、方塊電阻,、薄層電阻測量：當半導體薄層尺寸滿足半無限大平面條件時：

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：以上的測量都在標準溫度(23⁰ C)下進行，若在其他溫度環(huán)境中測量,，應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)。（請根據(jù)不同材料自行查找）

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

四、儀器結構

    本儀器為臺式結構,，分為電氣箱和測試架兩大部分,。

【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-電源開關   2-顯示屏  3-電流量程開  4-電壓量程開關   5-工作方式開關   6-測量選擇開關    7-信號輸入端口     8-調零電位器      9-電流調節(jié)電位器       10-電流開關        11-極性轉換開關

電氣箱后面板如圖4-2所示：

前面板功能說明：

1-(POWER)-電源220V控制開關,。

2-LED顯示屏：3 ?位LED數(shù)字顯示（0-1999）,，自動顯示小數(shù)點,、單位和過載，測試方塊電阻時,，單位mΩcm當作mΩ/□,，測量金屬電阻時，單位mΩ㎝當作mΩ,。

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

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

6-(MEAS.SEL)-測量選擇開關為兩檔開關,，“SHORT”短路檔,、“MEAS”測量檔。

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

8-（ZERO ADJ)-調零電位器，當我們在測試時,，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)應歸零,，如有偏差時,，可通過調零電位器調節(jié)歸零。

9-(I ADJ)-電流調節(jié)電位器,，可連續(xù)調節(jié)電流輸出值0---1000（滿刻度）,，與工作方式開關“I ADJ”配合使用，也可作為修正系數(shù)輸入用,。

10-（CURRENT)-電流開關為電流加電開關,，按入時，電流輸出；退出時,，電流斷開,。

11-（POLARITY)-極性轉換開關，可改變電流輸出的正負極性,。

【2】測試架：測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，固定式測試架適合高精度的測量,，探頭固定在的測試架上，在實驗室條件下,，進一步提高了測量精度（見圖4-4）,。手持式Z大的優(yōu)點是攜帶方便、測量方便,，可直接在生產(chǎn)現(xiàn)場使用（見圖4-3）,。

手持式測試探頭簡圖4-3所示：

圖中：1-測試導線   2-手柄    3-壓力調節(jié)環(huán)  4-測試支架   5-探頭和探針

固定式測試架簡圖（4-4）所示：

            圖(4-4)固定式測試架

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

五、使用和操作

（一）,、測試準備：

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,，工作方式開關置于短路位置，電流開關退出,，接通220V電源,，儀器預熱半小時。

3.測試架調好位置,，放上試樣,，使探頭與試樣良好接觸。

(二),、測試：

1.將工作方式開關置于“I調節(jié)”,，按入電流開關，并調節(jié)電流電位器,，使數(shù)字顯示為你需要的電流值,。注意：測試塊狀、棒狀晶體和薄層方塊電阻試樣時,，請調節(jié)電流電位器到“1000”,，當測量薄片電阻率時，請根據(jù)試樣厚度,，查表得到修正系數(shù)值（厚度修正系數(shù)表見說明書末頁）,，調節(jié)電位器到修正值。例如硅片厚度0.23㎜，查表得到0.1659,，調節(jié)電流電位器,，使顯示值為166。

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

3.測量選擇開關置于“測量”位置,，根據(jù)不同的試樣,，工作方式開關置于不同位置，①塊狀,、棒狀樣品和薄片樣品電阻率測試請把開關放到“6.28”檔,；②薄層電阻測試請放到“4.53”檔；③金屬電阻測試請放到“I”檔,。

4.檢查顯示屏顯示是否為000,，可以通過調零電位器，調整零位,，使顯示值為“000”,。

5.現(xiàn)在按入電流開關，應有顯示,，可配合電壓和電流量程開關再一次調整,，使顯示值為我們需要的精度值。然后極性開關反轉,，把兩次顯示值平均后的值,，即是我們要測量的值。

（三）,、注意事項：

1.以上電阻率測試是在環(huán)境溫度23℃下的值,，如測試時環(huán)境溫度有變，請考慮溫度修正（溫度修正系數(shù)Ft請用戶根據(jù)不同材料自行查找,，見公式3-5）,，輸入K值時，K=Ft×K(修正到23℃）,。實際測量,，在輸入電流值時，請乘以Ft值為電流實際輸入值,。例如：塊狀樣品測試,，“I ADJ”輸入值為1000，此時我們應輸入1000×Ft,測得的電阻率值是23℃時的修正值,。

2.當工作方式開關置于“6.28”進行測量,，測量顯示值為電阻率,；當開關置于“4.53”時，顯示值應讀為R/□,；在“I”檔測量金屬電阻,，顯示值應讀為電阻R。

3.測試架上的探頭為易損件,，測量時請小心加壓,，測試完畢，請及時升起探頭,。

六,、復校和維修

1.本儀器有自校功能，儀器內(nèi)部設有精密電阻,，當工作在自校檔,，按入電流開關后，顯示自校值199X±6個字,。自校檔可作為檢查儀器精度使用，為保證儀器測試精度,，請定期對儀器進行復校,，尤其是儀器進過劇烈震動和環(huán)境溫度突變后，發(fā)現(xiàn)超差請及時送修,。

2.測試探頭為易損件,，請定期按照國標JJG508-87中規(guī)定，對探頭進行復校,。如超差,，應更換新的探頭。

3.本儀器也可按照國標或ASTM84-73規(guī)定的指標和實驗方法進行復校,。

七,、儀器包裝及附件

1.電氣箱一臺

2.測試架一臺（固定、手持可選）

3.四探針探頭一個（已安裝在測試架上）

4.使用說明書一份

5.電源線一根

6.合格證一張

7.四端子測試線一根