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字電壓表，高穩定、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數字顯示，零位穩定，輸入阻抗*。在片狀材料測試時，具有系數修正功能，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±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±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數字顯示0-1999，能自動顯示單位、小數點、極性、過載。

6.電性能：電性能模擬考核誤差﹤±0.3%，符合ASTM規定指標。

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，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。

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，D(d/s)為樣品形狀和測量位置修正函數。

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，若在其他溫度環境中測量，應乘以該材料的溫度修正系數FT。

FT=1-CT（T23⁰）                             ..........3-5

式中：CT為材料的溫度系數。（請根據不同材料自行查找）

（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數字顯示（0-1999），自動顯示小數點、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”電流調節檔，和電流調節電位器配合使用，用于調節輸出電流；“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，數字電壓表讀數應歸零，如有偏差時，可通過調零電位器調節歸零。

9-(I ADJ)-電流調節電位器，可連續調節電流輸出值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，根據使用環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大的優點是攜帶方便、測量方便，可直接在生產現場使用（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-壓力調節環  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（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”，按入電流開關，并調節電流電位器，使數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，請調節電流電位器到“1000”，當測量薄片電阻率時，請根據試樣厚度，查表得到修正系數值（厚度修正系數表見說明書末頁），調節電位器到修正值。例如硅片厚度0.23㎜，查表得到0.1659，調節電流電位器，使顯示值為166。

2.根據被測材料，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境溫度23℃下的值，如測試時環境溫度有變，請考慮溫度修正（溫度修正系數Ft請用戶根據不同材料自行查找，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境溫度突變后，發現超差請及時送修。

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