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半导体电阻率测试?/strong>
一、概?/span>
BD-86A垊strong>半导体电阻率测试?/strong>是根据四探针测试原理研制成功的新型半导体电阻率测试器,适合半导体器件厂、材料厂用于测量半导体材料(片状、棒状)的体电阻率、方块电阻(薄层电阻),也可以用作测量金属薄层电阻、导电薄层电阻,具有测量精度高、范围广、稳定性好、结构紧凑、使用方便、价格低廉等特点、/span>
仪器分为电气箱和测试架两大部分,电气箱由高灵敏度直流数字电压表,高稳定、高精度的恒流源和高性能的电源变换装置组成,测量结果田/span>LED数字显示,零位稳定,输入阻抗极高。在片状材料测试时,具有系数修正功能,使用方便。测试架分为固定式和手持式两种,探头的探针具有宝石导向,测量精度高、游移率小、耐磨和使用寿命长等特点,而且探针压力可调,特别适合薄片材料的测量、/span>
二、主要技术指栆/span>
1.测量范围9/span>
电阻率:10-3--103㎝(可扩展到105㎝),分别率10-4㎝、/span>
方块电阻9/span>10-2--104/□(可扩展到106/□),分辨率10-3/□、/span>
薄层金属电阻9/span>10-4--105,分辨率10-4、/span>
2.数字电压表:
电压表量程为3档,分别?0mV档(分辨?0V)?00mV?分辨?00V)?V档(分辨?mV)。电压表测量误差0.3%读数1字,输入阻抗大于109、/span>
3.恒流源:
恒流源由交流供电,输出直流电?/span>0---100mA连续可调。恒流源量程?档,分别?0A?00A?mA?0mA?00mA;分辨率对应?0nA?.1A?A?0A?.1mA。电流误?#177;0.3%读数2字、/span>
4.测试架:(可选件(/span>
测试架分为固定和手持两种,可测半导体材料尺寸为直徃/span>15--600㎜。测试探头探针间距S=1㎜,探针机械游移?#177;0.3%,探针压力可调、/span>
5.显示??位LED数字显示0-1999,能自动显示单位、小数点、极性、过载、/span>
6.电性能:电性能模拟考核误差?#177;0.3%,符合ASTM规定指标、/span>
7.电源?20V10%?0Hz?0Hz,功耗﹤30W、/span>
8.电气箱外形尺寸:440320120㎜、/span>
三、工作原琅/span>
直流四探针法测试原理简介如下:
'/span>1)体电阻率测量:
如图:当1???根金属探针排成一直线时,并以一定压力压在半导体试样上,??两处探针间通过电流I,则2?探针间产生电压差V、/span>
材料的电阻率=(V/I?#215;C ?#937;㎝) .......3-1
弎/span>3-1中:C为探针系数,由探针几何位置决定,当试样电阻率分布均匀,试样尺寸满足半无限大条件时+/span>
C=2С{1/S1+1/S3-1/(S1+S2)-1/(S2+S3)}=2FSP......3-2
弎/span>3-2中:S1、S2、S3分别为探??????之间的距离。当S1=S2=S3=1mm时,则FSP=1,C=2。若电流取I=C时,
电阻玆/span>=V,可由数字电压表直接读出、/span>
①、块状和棒状晶体电阻率测量:由于块状和棒状样品外形尺寸与探针间距比较,合乎半无限大的边界条件,电阻率值可以直接由公式3-1?-2式求出、/span>
②、薄片电阻率测量:由于薄片样品厚度和探针的间距相比,不能忽略。测量时要提供样品的厚度、形状和测量位置的修正系数、/span>
电阻率值可由下面公式得出:
=V/I2SFSPG(W/S)D(d/s)= 0G(W/S)D(d/s)...3-3
式中9/span>0为块形体电阻率,W为试片厚度,S为探针间距,G(W/S)为样品厚度修正函数,D(d/s)为样品形状和测量位置修正函数、/span>
③、方块电阻、薄层电阻测量:当半导体薄层尺寸满足半无限大平面条件时:
R■/ln2(V/I)=4.532(V/I) ........3-4
若取I1=4.532I,则R□值可由电压表直接读出、/span>
注意:以上的测量都在标准温度(230 C)下进行,若在其他温度环境中测量,应乘以该材料的温度修正系数FT、/span>
FT=1-CT(T230(/span> ..........3-5
式中9/span>CT为材料的温度系数。(请根据不同材料自行查找)
'/span>2)金属电阻测试:本仪器也可用作金属电阻的测量,采用四端子电流-电压降法,能方便的测量金属电阻R,测量范围从100̦---200K
四、仪器结枃/span>
本仪器为台式结构,分为电气箱和测试架两大部分、/span>
』/span>1】电气箱为仪器主要电器部分,电气箱前面板如图4-1所示:
图中9/span>1-电源开 2-显示 3-电流量程开 4-电压量程开 5-工作方式开 6-测量选择开 7-信号输入端口 8-调零电位 9-电流调节电位 10-电流开 11-极性转换开兲/span>
电气箱后面板如图4-2所示:
前面板功能说明:
1-(POWER)-电源220V控制开关、/span>
2-LED显示屏:3 ?位LED数字显示?-1999),自动显示小数点、单位和过载,测试方块电阻时,单位mcm当作m/□,测量金属电阻时,单位m㎝当作m、/span>
3-(I RANGE)-电流量程开?档(10A/100A/1mA/10mA/100mA)?-(V RANGE)-电压量程开?档(20mV/200mA/2V):/span>
5-(FUNCTION)-工作方式开?档,从左到右分别是?.53”档为输入电压?#215;4.532,测量方块电阻用;?.28”档为输入电压?#215;0.628,测量电阻率用;“I”档为输入电?#215;1,测量金属电阻用;“I ADJ”电流调节档,和电流调节电位器配合使用,用于调节输出电流;“CAL”自校档,自校值?99X”、/span>
6-(MEAS.SEL)-测量选择开关为两档开关,“SHORT”短路档、“MEAS”测量档、/span>
7-(INPOT)-信号输入端口?芯端口,是电压降信号输入和恒流电流输出的端口、/span>
8-(ZERO ADJ)-调零电位器,当我们在测试时,如果样品接触良好,在不加电的情况下,数字电压表读数应归零,如有偏差时,可通过调零电位器调节归零、/span>
9-(I ADJ)-电流调节电位器,可连续调节电流输出?---1000(满刻度),与工作方式开关“I ADJ”配合使用,也可作为修正系数输入用、/span>
10-(CURRENT)-电流开关为电流加电开关,按入时,电流输出;退出时,电流断开、/span>
11-(POLARITY)-极性转换开关,可改变电流输出的正负极性、/span>
』/span>2】测试架:测试架分为固定和手持式两种,根据使用环境的不同可自行选择,固定式测试架适合高精度的测量,探头固定在专用的测试架上,在实验室条件下,进一步提高了测量精度(见?-4)。手持式Z大的优点是携带方便、测量方便,可直接在生产现场使用(见?-3)、/span>
手持式测试探头简国/span>4-3所示:
图中9/span>1-测试导线 2-手柄 3-压力调节 4-测试支架 5-探头和探钇/span>
固定式测试架简图(4-4)所示:
国/span>(4-4)固定式测试架
图中9/span>1-支杆 2-支架 3-滑块 4-滑块调节(上下) 5-探头支架 6-探头和探 7-可移动平台(前后 8-滑槽 9-底板 10-支架块固定杆 11-探头导线
五、使用和操作
(一)、测试准备:
1.将仪器和试样放置在温?30C20C,湿度﹤65%的工作环境中、/span>
2. 测试架和电气箱用输入输出连线连接好,仪器接通电源,工作方式开关置于短路位置,电流开关退出,接?20V电源,仪器预热半小时、/span>
3.测试架调好位置,放上试样,使探头与试样良好接触、/span>
(?、测试:
1.将工作方式开关置于“I调节”,按入电流开关,并调节电流电位器,使数字显示为你需要的电流值、/span>注意9/span>测试块状、棒状晶体和薄层方块电阻试样时,请调节电流电位器?/span>?000”,当测量薄片电阻率时,请根据试样厚度,查表得到修正系数值(厚度修正系数表见说明书末页),调节电位器到修正值。例如硅片厚?.23㎜,查表得到0.1659,调节电流电位器,使显示值为166、/span>
2.根据被测材料,选择电压和电流量程,使显示值达到我们需要的精度、/span>
3.测量选择开关置于“测量”位置,根据不同的试样,工作方式开关置于不同位置,①块状、棒状样品和薄片样品电阻率测试请把开关放到?.28”档;②薄层电阻测试请放到?.53”档;③金属电阻测试请放到“I”档、/span>
4.检查显示屏显示是否?00,可以通过调零电位器,调整零位,使显示值为?00”、/span>
5.现在按入电流开关,应有显示,可配合电压和电流量程开关再一次调整,使显示值为我们需要的精度值。然后极性开关反转,把两次显示值平均后的值,即是我们要测量的值、/span>
(三)、注意事项:
1.以上电阻率测试是在环境温?3℃下的值,如测试时环境温度有变,请考虑温度修正(温度修正系数Ft请用户根据不同材料自行查找,见公?-5),输入K值时,K=FtK(修正?3℃)。实际测量,在输入电流值时,请乘以Ft值为电流实际输入值。例如:块状样品测试,“I ADJ”输入值为1000,此时我们应输入1000Ft,测得的电阻率值是23℃时的修正值、/span>
2.当工作方式开关置于?.28”进行测量,测量显示值为电阻率;当开关置于?.53”时,显示值应读为R/□;在“I”档测量金属电阻,显示值应读为电阻R、/span>
3.测试架上的探头为易损件,测量时请小心加压,测试完毕,请及时升起探头、/span>
六、复校和维修
1.本仪器有自校功能,仪器内部设有精密电阻,当工作在自校档,按入电流开关后,显示自校?99X6个字。自校档可作为检查仪器精度使用,为保证仪器测试精度,请定期对仪器进行复校,尤其是仪器进过剧烈震动和环境温度突变后,发现超差请及时送修、/span>
2.测试探头为易损件,请定期按照国标JJG508-87中规定,对探头进行复校。如超差,应更换新的探头、/span>
3.本仪器也可按照国标或ASTM84-73规定的指标和实验方法进行复校、/span>
七、仪器包装及附件
1.电气箱一?/span>
2.测试架一台(固定、手持可选)
3.四探针探头一个(已安装在测试架上(/span>
4.使用说明书一仼/span>
5.电源线一核/span>
6.合格证一弟/span>
7.四端子测试线一核/span>
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