半导体电阻率测试仪

一、概述

   BD-86A型半导体电阻率测试仪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、价格低等特点。

     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，测量结果由LED数字显示，零位稳定，输入阻抗*。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。

二、主要技术指标

1.测量范围：

电阻率：10^-3--10³Ω㎝（可扩展到10⁵Ω㎝），分别率10^-4Ω㎝。

方块电阻：10^-2--10⁴Ω/□（可扩展到10⁶Ω/□），分辨率10^-3Ω/□。

薄层金属电阻：10^-4--10⁵Ω，分辨率10^-4Ω。

2.数字电压表：

电压表量程为3档，分别是20mV档（分辨率10μV)；200mV档(分辨率100μV)；2V档（分辨率1mV)。电压表测量误差±0.3%读数±1字，输入阻抗大于10⁹Ω。

3.恒流源：

恒流源由交流供电，输出直流电流0---100mA连续可调。恒流源量程为5档，分别是10μA、100μA、1mA、10mA、100mA；分辨率对应是10nA、0.1μA、1μA、10μA、0.1mA。电流误差±0.3%读数±2字。

4.测试架：（可选件）

测试架分为固定和手持两种，可测半导体材料尺寸为直径Φ15--Φ600㎜。测试探头探针间距S=1㎜，探针机械游移率±0.3%，探针压力可调。

5.显示：3?位LED数字显示0-1999，能自动显示单位、小数点、极性、过载。

6.电性能：电性能模拟考核误差﹤±0.3%，符合ASTM规定指标。

7.电源：220V±10%，50Hz或60Hz,功耗﹤30W。

8.电气箱外形尺寸：440×320×120㎜。

三、工作原理

直流四探针法测试原理简介如下：

（1）体电阻率测量：

如图：当1、2、3、4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，在1、4两处探针间通过电流I，则2、3探针间产生电压差V。

材料的电阻率ρ=（V/I）×C   （Ω㎝） .......3-1

式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，

C=2π÷{1/S1+1/S3-1/(S1+S2)-1/(S2+S3）}=2πFSP......3-2

式3-2中：S1、S2、S3分别为探针1与2、2与3、3与4之间的距离。当S1=S2=S3=1mm时，则FSP=1，C=2π。若电流取I=C时，

电阻率ρ=V,可由数字电压表直接读出。

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、3-2式求出。

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。

电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 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。

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□=π/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。

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。

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

式中：CT为材料的温度系数。（请根据不同材料自行查找）

（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100μΩ---200K

四、仪器结构

    本仪器为台式结构，分为电气箱和测试架两大部分。

【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：1-电源开关   2-显示屏  3-电流量程开  4-电压量程开关   5-工作方式开关   6-测量选择开关    7-信号输入端口     8-调零电位器      9-电流调节电位器       10-电流开关        11-极性转换开关

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。

2-LED显示屏：3 ?位LED数字显示（0-1999），自动显示小数点、单位和过载，测试方块电阻时，单位mΩcm当作mΩ/□，测量金属电阻时，单位mΩ㎝当作mΩ。

3-(I RANGE)-电流量程开关5档（10μA/100μA/1mA/10mA/100mA)；4-(V RANGE)-电压量程开关3档（20mV/200mA/2V)；

5-(FUNCTION)-工作方式开关5档，从左到右分别是“4.53”档为输入电压值×4.532，测量方块电阻用；“6.28”档为输入电压值×0.628，测量电阻率用；“I”档为输入电压×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“199X”。

6-(MEAS.SEL)-测量选择开关为两档开关，“SHORT”短路档、“MEAS”测量档。

7-(INPOT)-信号输入端口为5芯端口，是电压降信号输入和恒流电流输出的端口。

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。

9-(I ADJ)-电流调节电位器，可连续调节电流输出值0---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。

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。

11-（POLARITY)-极性转换开关，可改变电流输出的正负极性。

【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，探头固定在的测试架上，在实验室条件下，进一步提高了测量精度（见图4-4）。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（见图4-3）。

手持式测试探头简图4-3所示：

图中：1-测试导线   2-手柄    3-压力调节环  4-测试支架   5-探头和探针

固定式测试架简图（4-4）所示：

            图(4-4)固定式测试架

图中：1-支杆  2-支架块   3-滑块   4-滑块调节（上下）   5-探头支架   6-探头和探针    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度23⁰C±2⁰C，湿度﹤65%的工作环境中。

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，接通220V电源，仪器预热半小时。

3.测试架调好位置，放上试样，使探头与试样良好接触。

(二)、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。注意：测试块状、棒状晶体和薄层方块电阻试样时，请调节电流电位器到“1000”，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。例如硅片厚度0.23㎜，查表得到0.1659，调节电流电位器，使显示值为166。

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。

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“6.28”档；②薄层电阻测试请放到“4.53”档；③金属电阻测试请放到“I”档。

4.检查显示屏显示是否为000，可以通过调零电位器，调整零位，使显示值为“000”。

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。

（三）、注意事项：

1.以上电阻率测试是在环境温度23℃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，见公式3-5），输入K值时，K=Ft×K(修正到23℃）。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1000×Ft,测得的电阻率值是23℃时的修正值。

2.当工作方式开关置于“6.28”进行测量，测量显示值为电阻率；当开关置于“4.53”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。

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。

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，显示自校值199X±6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。

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。

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。

七、仪器包装及附件

1.电气箱一台

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）

4.使用说明书一份

5.电源线一根

6.合格证一张

7.四端子测试线一根