直流導電電阻測試儀

直流導電電阻測試儀BEST-300C導電材料電阻率測定儀本標準修改采用SEMIMF84-1105《硅片電阻率測定四探針法》和SEMIMF397-1106《硅棒電阻

率測定兩探針法》。

本標準與SEMIMF84-1105和SEMI MF 397-1106相比,主要變化如下:卜全因斤的試件,如來遠用視展電況

在數但上等于2,則兩內探什之間則得的電勢力

在數值上等于電阻率值,可免于計算。推薦的圓片測量電流是在試樣厚度為0.5mm,兩內探針間為

10 mV電勢差時得到。

8測量結果計算

8.1 利用7.2測量數據計算探針間距S、平均探針間距S、標準偏差a、探針系數C和探針間距修正因

子F?.

8.1.1對十組測量數據中的每一組,用式(2)計算探針間距S, ,S2,,Sy

S = [(C, + D,)/2]-[(A, +B,)/2]

S,=[(E, + Fj)/2]-[(C, +D,)/2]

.....-(2)

S,,=[(G, +H,)/2]-[(E; +F;)/2]

式中:

S,~S,,--探針間距,單位為厘米(cm);

A~H一一探針壓痕的點位,見圖6所示,單位為厘米(cm);

腳標j一組數,取1到10。

8.1.2用式(2)得到的S,計算每一間距平均值S，如式(3):

-(0)s

………--………(3)

式中:i取 1,2,3.

8.1.3將按式(3)計算得到的S,和按式(2)計算得到的S。,利用式(4)分別計算3個間距的試樣標準

偏差a

?/÷[∑<s?-)’]+

....…...……(4)

8.1.4計算平均探針間距S,如式(5):

s=/(++)

...……………(5)

8.1.5計算探針系數C和適用于圓片測量時的探針間距修正因子F?,分別如式(6)和式(7):

C-

2x

…………----*(6)

京+ˉ+sˉs+S

1

F,=1+1.082[1-(/)

.......-.-*****……(7)

8.2利用7.1.3~7.1.4測量的數據計算模擬電路測量的平均電阻r和標準偏差o。

8.2.1如果采用直接測量電阻,用單個正向和反向電阻(無論是計算結果或是測量結果)均按式(8)計

算平均電阻,否則按8.2.2計算模擬電路的正向電阻r,及反向電阻r,:

…………---…(8)

式中:

r-10個模擬電路的正向電阻r,及反向電阻r,中的任意一個值.

8.2.2根據測量值計算模擬電路的正向電阻r,及反向電阻r,如式(9):

--中厚度修正系數F(W/S)表格范圍增加;

一按中文格式分直排四探針法、直流兩探針法進行編排。

本標準代替GB/T 1551-1995《硅、鍺單晶電阻率測定直流兩探針法》和GB/T 1552-1995《硅、鍺

單品電阻率測定直排四探針法》。

本標準與GB/T 1551-1995和GB/T 1552-1995相比，主要有如下變化:

一一刪除了鍺單晶測定的相關內容;1范圍

本方法規定了用直排四探針法測量硅單晶電阻率的方法.

本方法適用于測量試樣厚度和從試樣邊緣與任一探針端點的最近距離二者均大于探針間距的4倍

的硅單晶體電阻率以及測量直徑大于探針間距10倍、厚度小于探針間距4倍的硅單晶圓片的電阻率。

本方法可測定的硅單晶電阻率范圍為1X10-Ω?cm~3X10' Ω.cm.

2環境要求

環境溫度為23℃±1℃,相對濕度不大于65%。

3干擾因素

3.1光照可能嚴重影響觀察電阻率,特別是近似本征材料。因此,所有測試應在暗室進行,除非是待測

樣品對周圍的光不敏感。

3.2當儀器放置在高頻于擾源附近時,測試回路中會引入虛假電流，因此儀器要有電磁屏蔽。

3.3試樣中電場強度不能過大,以避免少數載流子注入。如果使用的電流適當,則用該電流的兩倍或

一半時,引起電阻率的變化應小于0.5%。

3.4由于電阻率受溫度影響,一般測試適用溫度為23℃±1 ℃.

3.5對于厚度對測試的影響,仲裁測量要求厚度按本方法的6.3規定測量,一般測量用戶可以根據實

際需要確定厚度的要求偏差。

3.6由于探針壓力對測量結果有影響,測量時應選擇合適的探針壓力。

3.7仲裁測量時選擇探針間距為1.59mm,非仲裁測量可選擇其他探針間距。

4方法提要直排四探針測量示意圖

5測量儀器

5.1探針裝置由以下幾部分組成。

5.1.1探針用鎢,碳化鎢或高速鋼等金屬制成,針尖呈圓錐型,夾角為45°~150*,初始標稱半徑為

25 μm~50 μm。

5.1.2探針壓力,每根探針壓力為1.75 N士0.25 N或4.0N±0.5N,分別用于硅單晶棒的電阻率測

量,也可選擇其他合適的探針壓力。

5.1.3絕緣性,一探針(包括連接彈簧和外部引線)與任何其他探針或裝置任一部分之間絕緣電阻大于

10’Ω.

5.1.4探針排列和間距,四根探針的應成等間距直線排列。仲裁測量時,探針間距(相鄰探針之間

的距離)標稱值應為1.59mm。其他標稱間距如1.00mm和0.6mm用于非仲裁測量,探針間距按7.2

測定。

5.1.5探針架,能在針尖幾乎無橫向移動的情況下使探針下降到試樣表面.

5.2電學測量裝置由下列幾部分組成。

5.2.1任何滿足7.1.6要求的電路均可用來進行電學測量。推薦電路(見圖2)包括下述幾部分。

·電位選擇開關

恒流源

標準電阻

數字電壓表

0.001mA一

100mA

電流選擇開關GB/T 1551-2009

器應與電學測量裝置的接地端相連接。為了迅速對準試樣中心,可在散熱器表面加工一個與銅塊同心

的淺圓環。

一樣品

云母片

>38mm

溫度計

>100mm

圖3帶有樣品、云母片和溫度計的散熱器

5.5 研磨或噴砂設備,用以提供平坦的試樣表面。研磨設備應能將圓片試樣研磨到厚度變化不大于試

樣中心處厚度值的±1.0%，

5.6機械或電子厚度測量儀,能測量試樣不同位置的厚度,精度優于±1.0%。

5.7千分尺或游標卡尺,分辨率優于士0.05 mm。

5.8微移動機構,能以0.05 mm~0.10mm增量使探針裝置或硅表面以垂直于探針連線方向并

平行于硅表面移動。

5.9 工具顯微鏡,分辨率為1μm。7.1.3如果采用直接測量電阻(電壓一電流比值儀器)。開始在任一極性上(正向)測量模擬電路的正

向電阻r.。改變連接極性,測量反向電阻r.。繼續改變極性進行測量,記錄5次每一極性的正向電阻r

和反向電阻r.測量值,然后按6.1.5進行。

7.1.4如果不是采用直接測量電阻儀器,則讓電流在正向,調節電流大小到近似表2推薦圓片的測量

電流值,測量正向電流時標準電阻兩端的電勢差V,或直接測量流過模擬電路的正向電流1,再測量正

向電流時模擬電路的電勢差Va。將電流換向,測量反向電流時標準電阻兩端的電勢差V?或模擬電路

的反向電流I?和反向電流時模擬電路的電勢差V?。繼續改變極性重復進行測量,記錄5次每一極性

的測量值。

7.1.5按8.2計算平均電阻r和標準偏差.

7.1.6電學測量裝置應滿足下述條件:

7.1.6.1 r值應在已知r值的0.3%以內。

7.1.6.2樣品標準偏差口應小于r的0.3%。

7.1.6.3設備應能測量出0.05%電阻的變化。

7.2確定探針間距與探針狀態

7.2.1 將四探針以正常壓力壓在嚴格固定的拋光硅片表面上,形成一組壓痕。提起探針,在垂直于探

針尖連線方向上移動硅片表面或探針0.05 mm~0.10 mm,再將探針壓到硅片表面上,重復上述步驟，

直到獲得10組壓痕。建議在兩組或三組壓痕后,將硅片表面或探針移動上述距離的兩倍,以幫助操作

者識別壓痕屬于哪一組。

7.2.2將硅片表面清洗,用空氣干燥。

7.2.3將此具有壓痕的硅片表面置于工具顯微鏡的載物臺上,使y軸的讀數(圖6中的yn和ys)相差

不大于0.150mm,記錄在工具顯微鏡中的10組壓痕A到H的x軸讀數,精確到1μm。

4

5.10顯微鏡至少放大400倍。

5.11溫度計或其他測溫儀器0℃~40℃,分度值為0.1℃。

5.12歐姆計,能指示大于10°Ω絕緣電阻。

5.13超聲波清洗器,具有適當頻率(18 kHz~45 kHz)和功率。

5.14化學實驗室器具(如塑料燒杯、量筒、處理和清洗酸及其蒸氣所需的設備等)。

6試樣制備

6.1 試樣用W14#(粒徑為10μm)金剛砂研磨上下表面,保證無機械損傷、無沾污物。

6.2在不包括參考面或參考缺口的圓周上測量直徑3次,計算試樣的平均直徑D。試樣直徑應大于

10倍平均探針間距S,直徑變化不大于D的D/5S%,記下D值。

6.3在試樣上測量9個點的厚度(見圖4)。要求各測量點厚度與試樣中心點厚度的偏差不大于

士1.0%,記下試樣的中心厚度W.

探針裝置

圈2推薦電路圖

5.2.2恒流源,電流范圍為10-'A~10-*A,紋波系數不大于士0.1%,穩定度優于士0.05%。

5.2.3電流換向開關。

5.2.4標準電阻,0.01 0~100000Ω.0.05級.

5.2.5雙刀雙擲電位選擇開關,圖2推薦電路需要這一開關來選擇測量標準電阻或試樣上電勢差。

5.2.6數字電壓表,可用來測量以毫伏為單位的電勢差或者連同電流源一起校準到能直接讀出電壓-

電流比值。測量滿量程為0.2mV~50mV,分辨率為±0.05%(3?位有效數字),輸入阻抗大于10°倍

試樣電阻率。如試樣電阻率僅限定在某一數值范圍內,一個較小滿量程范圍就足夠了。

5.3樣品架/臺,用于固定試樣的合適夾具。

5.4散熱器,用一直徑至少為100 mm,厚為38 mm的銅塊來支撐圓片試樣和起散熱器作用(圖3)。

它應包括一個容納溫度計的小孔,使溫度計能放置在離試樣10mm范圍內的散熱器中心區。散熱器上

放一片10 μm~25μm厚的云母片,使試樣和散熱器電絕緣。在云母片和銅塊間、溫度計孔中填充礦物

油活動有機硅散熱以減少熱阻。散熱器安放應能使探針陣列中心在試樣中心的1mm以內。散熱

排列成一直線的四根探針垂直地壓在距離邊緣6mm以上的平坦試樣表面上,將直流電流I在兩

外探針間通入試樣,測量內側兩探針間所產生的電勢差V,根據測得的電流和電勢差值,按式(1)計算電

阻率。對圓片試樣還應根據幾何修正因子進行計算。測量示意圖見圖1.

p=2xs￥

..…………--…(1)

式中:

一電阻率,單位為歐姆厘米(Ω·cm);

V-測得的電勢差,單位為毫伏(mV);

I一通入的電流,單位為毫安(mA);

S一探針間距,單位為厘米(cm).

一用文字描述代替了原標準GB/T 1551-1995和GB/T1552-1995中的若干記錄測試數據的

表格;

--修改了直排四探針法中計算公式;

--補充了干擾因素。

本標準由全國半導體設備和材料標準化技術委員會提出。

本標準由全國半導體設備和材料標準化技術委員會材料分技術委員會歸口。

本標準起草單位:信息產業部專用材料質量監督檢驗中心、中國電子科技集團公司第四十六研

究所。

本標準主要起草人:李靜、何秀坤、張繼榮、段曙光。

本標準所代替標準的歷次版本發布情況為:

--GB1552-1979、GB1551--1979、GB5251--1985、GB5253-1985、GB 6615-1986;

GB/T 1551-1995、GB/T1552--1995。

按照硅片電阻率測量的國際標準（ASTM F84）及標準設計制造該儀器設計符合GB/T 1551-2009 《硅單晶電阻率測定方法》、GB/T 1551-1995《硅、鍺單晶電阻率測定直流兩探針法》、GB/T 1552-1995《硅、鍺單晶電阻率測定直流四探針法》并參考美國 A.S.T.M 標準，本機配置232電腦接口及USB兩種接口，本機采用范德堡測量原理能改善樣品因幾何尺寸、邊界效應、探針不等距和機械游移等外部因素對測量結果的影響及誤差，比市場上其他普通的四探針測試方法更加完善和進步,特別是方塊電阻值較小的產品測量，更加準確.

本儀器本儀器采用四探針單電測量法適用于生產企業、高等院校、科研部門，是檢驗和分析導體材料和半導體材料質量的一種重要的工具。本儀器配置各類測量裝置可以測試不同材料。液晶顯示，無需人工計算，并帶有溫度補償功能，電阻率單位自動選擇，儀器自動測量并根據測試結果自動轉換量程，無需人工多次和重復設置。采用高精度AD芯片控制，恒流輸出，結構合理、質量輕便，運輸安全、使用方便；選配：配備軟件可以由電腦操控，并保存和打印數據，自動生成報表；本儀器采用4.3吋大液晶屏幕顯示，同時顯示液晶顯示：電阻、電阻率、方阻、溫度、單位換算、溫度系數、電流、電壓、探針形狀、探針間距、厚度 、電導率，配置不同的測試治具可以滿足不同材料的測試要求。測試治具可以根據產品及測試項目要求選購

維護和保養

1 .使用者的維護

為了防止意外發生，請不要接觸機內部件。本機器內部所有的零件，絕對不需使用者的維護。如果機器有異常情況發生，請直接與瑞柯儀器公司廠家聯系或其的經銷商給予維護。

2. 使用者的修改

使用者不得自行更改機器的線路或零件，如被更改機器后保修則自動失效并且本公司不負任何事故責任。在保修內使用未經我公司認可的零件或附件造成故障也不予保證。如發現送回檢修的機器被更改，將機器的電路和零件修復回原來設計的狀態，并收取修護費用。

3.測試工作站

3.1工作位置

工作站的位置選擇必須安排在一般人員非必經的處所，使非工作人員選離工作站。如果因為條件限制的安排而無法做到時，必須將工作站與其這它設施隔開并且特別標明“測試工作站"。如果工作站與其它作業站非常接近時，必須特別注意安全的問題。在測試時必須標明“測試執行中，非工作人員請勿靠近"

4.輸入電源

輸入：220V±10%  使用頻率：50Hz

4.3.3工作場所

盡可能使用非導電的工作桌工作臺。操作人員和待測物之間不得使用任何金屬。操作人員的位置不得有跨越待測物去操作或調整測試儀器的現象。測試場所必須隨時保持整齊、干凈，不得雜亂無章。測試站及其周邊之空氣中不能含有可燃氣體或在易燃物質。

4.3.4人員資格

本儀器為精密儀器，必須由訓練合格的人員使用和操作。

4.3.5安全守則

操作人員必須隨時給予教育和訓練，使其了解各種操作規則的重要性，并依安全規則操作。

4.3.6衣著規定

操作人員不可穿有金屬裝飾的衣服或戴金屬手飾和手表等，這些金屬飾物很容易造成意外的感電。

4.3.7醫學規定

絕對不能讓有心臟病或配戴心律調整器的人員操作。

4.4測試安全程序規定

一定要按照規定程序操作。操作人員必須確定能夠自主掌控各部位的控制開關和功能。

4.5安全要點

● 非合格的操作人員和不相關的人員應遠離測試區。

● 萬一發生問題，請立即關閉電源并及時處理故障原因。

直流導電電阻測試儀使用前期準備--測試前準備工作：

開機預熱：將220V電源插頭插入電源插座，打開電源開關，讓儀器預熱15分鐘，保證測試數據穩定。若測試儀無常啟動，請按以下步驟檢查：

①檢查電源線是否接觸良好；

②檢查后面板上的電源開關是否已經打開

③檢查保險絲是否熔斷，如有必要，請更換保險絲

④ 如經上述檢查無誤后，測試儀仍未正常啟動，請聯系本公司進行解決。