四探针半导电阻测试仪

　　四探针半导电阻测试仪

　　一、概述

　　BEST-300C型材料电导率测试仪是运用四探针测量原理测试试导体、半导体材料电阻率/方阻的多用途综合测量仪器。该仪器设计符合单晶硅物理测试方法国jia标准并参考美国 A.S.T.M 标准。

　　仪器成套组成：由主机、选配的四探针探头和测试台等三部分组成。

　　主机主要由数控恒流源，高分辨率ADC、嵌入式单片机系统组成。自动/手动量程可选;电阻率、方阻、电阻测试类别快捷切换：仪器所有参数设定、功能转换全部采用数字化键盘输入，简便可靠;具有零位、满度自校功能;测试结果由数字表头直接显示。本测试仪采用可充电锂电池供电，适合手持式变动场合操作使用!

　　探头选配：根据不同材料特性需要，探头可有多款选配。有高耐磨碳化钨探针探头，以测试硅类半导体、金属、导电塑料类等硬质材料的电阻率/方阻;也有球形镀金铜合金探针探头，可测柔性材料导电薄膜、金属涂层或薄膜、陶瓷或玻璃等基底上导电膜(ITO膜)或纳米涂层等半导体材料的电阻率/方阻。换上四端子测试夹具，还可对电阻器体电阻、金属导体的低、中值电阻以及开关类接触电阻进行测量。配专用探头，也可测试电池极片等箔上涂层电阻率方阻。

　　仪器具有测量范围宽、精度高、灵敏度高、稳定性好、智能化程度高、外形美观、使用简便等特点。

　　仪器适用于半导体材料厂器件厂、科研单位、高等院校对导体、半导体、类半导体材料的导电性能的测试。

　　二、技术参数

　　1. 测量范围、分辨率(括号内为拓展量程，可定制)

　　电 阻：10.0×10-6 ～ 200.0×103 Ω, 分辨率1.0×10-6 ～ 0.1×103 Ω

　　(1.0×10-6 ～ 20.00×103 Ω, 分辨率0.1×10-6 ～ 0.01×103 Ω)

　　电 阻 率：10.0×10-6 ～ 200.0×103 Ω-cm 分辨率1.0×10-6 ～ 0.1×103 Ω-cm

　　(1.0×10-6 ～ 20.00×103 Ω-cm 分辨率0.1×10-6 ～ 0.01×103 Ω-cm)

　　方块电阻：50.0×10-6 ～ 1.0×106 Ω/□ 分辨率5.0×10-6 ～ 0.5×103 Ω/□

　　(5.0×10-6 ～ 100.0×103 Ω/□ 分辨率0.5×10-6 ～ 0.1×103 Ω/□)

　　2. 材料尺寸(由选配测试台和测试方式决定)

　　直 径： SZT-A圆测试台直接测试方式 Φ15～130mm，手持方式不限

　　SZT-B/C/F方测试台直接测试方式180mm×180mm，手持方式不限.

　　长(高)度： 测试台直接测试方式 H≤100mm, 手持方式不限.

　　3. 量程划分及误差等级

　　4. 数字电压表：

　　⑴量程： 20.00mV

　　⑵误差：±0.2%FSB±2LSB

　　⑶大分辨力：1.0µV

　　显示: 4位数字显示，小数点自动显示

　　5. 数控恒流源

　　⑴电流输出：直流电流0.1µA～1.0A，系统自动调整。

　　⑵误差：±0.2%FSB±2LSB

　　6. 四探针测试探头：

　　有选配的型号确定，详见《不同半导体材料电阻率/方阻测试的四探针探头和测试台选配方法》

　　7. 电源：

　　功 耗：< 15W，输入:220V±10% 50Hz±2%

　　8. 本仪器工作条件为：

　　温 度： 0-40℃

　　相对湿度： ≥60%

　　工作室内应无强电磁场干扰，不与高频设备共用电源。

　　9. 外形尺寸：

　　主机 245mm(长)×220 mm(宽)×95mm(高)

　　三、工作原理

　　*****电阻率与方阻概念******：

　　电阻率：当某种材料截成正方体时，平行对面间的电阻值只与材料的类别有关，而与正方形边长无关，这种单位体积的阻值可反映材料的导电特性，称为电阻率(体电阻率)，记为：ρ，标准单位：Ω-m,常用单位Ω-cm.

　　方块电阻：薄膜类导体、半导体材料截成薄层正方形时，平行对边间的电阻值只与材料的类别(电阻率)和厚度有关，而与正方形边长无关，这种单位面积的对边间的阻值可反映薄膜的导电特性和厚度信息，称为方块电阻，简称方阻。记为：R□，标准单位：Ω/□

　　3.1. 测试原理：直流四探针法测试原理简介如下：

　　[1]体电阻率测量：

　　当1、2、3、4四根金属探针排成一直线时，并以一定压力压在半导体材料上时，在1、4两根探针间通过电流I，则在2、3探针间产生电位差V。

　　(a)块状或棒状样品体电阻率测量：

　　由于块状或棒状样品外形尺寸远大于探针间距，符合半无穷大的边界条件，电阻

　　率值可以直接由(3—1)式求出。

　　(b)薄片电阻率测量 (以S1=S2=S3=1mm时，C≈0.628 cm为例)。

　　薄片样品因为其厚度与探针间距相近，不符合半无穷大边界条件，测量时要附加样品的厚度、形状和测量位置的修正系数。其电阻率值可由下面公式得出：

　　[3] 特薄膜或薄层的电阻率测量

　　由于薄片或膜，查表厚度修正系数误差较大，可按式(3-5)和(3-6)，忽略形状修正可得薄膜电阻率ρ= R□*W, R□单位Ω/□， w单位cm , ρ单位Ω-cm (3-7)

　　四、使用方法

　　BEST-300C测试仪能够测量半导体材料体电阻率ρ、方块电阻(薄片电阻率)R口以及体电阻R，测量时需调整相应的修正系数和选择相应的功能。

　　本产品不但提供了电阻率ρ、方块电阻R口以及体电阻R测试的基本修正系数设定，还提供了产品厚度G、外形和测试位置的修正系数D设定，极大的提高了测试精度。测试类别的快捷选择方式，方便了用户同时测试多个参数，提高测试效率。

　　4.1 操作概述：

　　(1)测试准备：

　　对于电阻器类样品，用四端子测试线按照图5-1连接好样品，对于半导体材料，测试前表面应进行必要的处理。如图5-2，对于硅材料要进行喷砂或清洁处理，对于薄膜类的要保持表面清洁，必要的要进行清洁。样品放在平整的台面上。将测试探头的插头与主机的输入插座连接起来，连接好探头和主机。将电源开关置于开启位置，数字显示亮。仪器要预热15分钟以上，增加读数稳定性。

　　开机默认的状态是测量模式，可按“模式”键“”切换到设定模式。仪器只有在设定模式下才接受相关参数设定功能。开机默认设定类别为电阻测试修正系数，可以根据需要切换设定系数类别和修改当前默认参数值。

　　在设定模式下仪器要设定的参数类别，由 “类别选择”键来选择，由显示窗口左位红色数码管显示;参数值由显示窗口右四位数码配合显示窗右侧单位指示来显示;参数大小由数码键盘输入。具体参数类别、符号、含义、取值范围

　　(3)测量数据

　　在设定模式下(设定完毕，保存好数据后)，选择测量类别(电阻率ρ、方块电阻(薄片电阻率)R口或体电阻R中三选一，切换仪器到“测量”模式，窗口左侧“测量”模式灯亮。电阻测量,注意良好接触，电压测试端在内侧;半导体参数测试，将探针与样品良好接触，注意压力要适中;由数字显示窗直接读出测量值。

　　注意!测量状态中，电流量程默认为自动方式，也可调整为手动方式，手动方式下，电流量程适合的，仪器会稳定显示数据，电流量程不适合的会给出超量程或欠量程闪烁提示，对于超量程，说明电流过大，要调到较小电流档;对于欠量程，说明电流过小，要调到较大电流档。

　　4.2.设定修正系数注意事项：参照表5.1和附表1和附表2

　　(1) 电阻测量:

　　设定R=1.000。，其他可以忽略。只读结果。

　　(2) 棒状、块状样品电阻率测量，符合半无穷大的边界条件:

　　设定电阻率基本系数C，参照表5.1， 厚度修正G=1.000,形状位置修正D=1.000，只读结果。

　　(3) 薄片电阻率测量:

　　当薄片厚度与针距比W/S>0.5时， 设定电阻率基本系数C，参照表5.1，厚度修正G<1.000,形状位置修正D<1.000,具体值G(W/S)和D(d/S)要查附表1和附表2，只读结果。

　　当薄片厚度与针距比W/S<0.5时,可以先测方阻，再人工计算厚度和位置形状修正。

　　电阻率ρ=R口×W×D(d/S),式中W：样品厚度(cm), D(d/S)查附表2。

　　(4) 方块电阻测量:

　　设定电阻率基本系数□：，参照表5.1，厚度修正G忽略，形状位置修正D<1.000, D(d/S)要查附表2，只读结果。

　　(3)数据输入规则说明及示例

　　(a) 修正系数

　　在半导体类电阻率或方阻测试中，如果修正系数计算值远小于1，为了显示读取更多有效数字，数据输入可采用准科学记数法，即有效数字取0.100≤X≤1.000，指数(单位)取值10-3～103。

　　修正系数设定示例：注意X为 ρ，口，R，G，D，分类界限值中的任意一个。