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*。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