直流导电电阻测试仪

直流导电电阻测试仪BEST-300C导电材料电阻率测定仪本标准修改采用SEMIMF84-1105《硅片电阻率测定四探针法》和SEMIMF397-1106《硅棒电阻

率测定两探针法》。

本标准与SEMIMF84-1105和SEMI MF 397-1106相比,主要变化如下:卜全因斤的试件,如来远用视展电况

在数但上等于2,则两内探什之间则得的电势力

在数值上等于电阻率值,可免于计算。推荐的圆片测量电流是在试样厚度为0.5mm,两内探针间为

10 mV电势差时得到。

8测量结果计算

8.1 利用7.2测量数据计算探针间距S、平均探针间距S、标准偏差a、探针系数C和探针间距修正因

子F„.

8.1.1对十组测量数据中的每一组,用式(2)计算探针间距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,,--探针间距,单位为厘米(cm);

A~H一一探针压痕的点位,见图6所示,单位为厘米(cm);

脚标j一组数,取1到10。

8.1.2用式(2)得到的S,计算每一间距平均值S，如式(3):

-(0)s

………--………(3)

式中:i取 1,2,3.

8.1.3将按式(3)计算得到的S,和按式(2)计算得到的S。,利用式(4)分别计算3个间距的试样标准

偏差a

・/÷[∑<s„-)’]+

....…...……(4)

8.1.4计算平均探针间距S,如式(5):

s=/(++)

...……………(5)

8.1.5计算探针系数C和适用于圆片测量时的探针间距修正因子F„,分别如式(6)和式(7):

C-

2x

…………----*(6)

京+¯+s¯s+S

1

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

.......-.-*****……(7)

8.2利用7.1.3~7.1.4测量的数据计算模拟电路测量的平均电阻r和标准偏差o。

8.2.1如果采用直接测量电阻,用单个正向和反向电阻(无论是计算结果或是测量结果)均按式(8)计

算平均电阻,否则按8.2.2计算模拟电路的正向电阻r,及反向电阻r,:

…………---…(8)

式中:

r-10个模拟电路的正向电阻r,及反向电阻r,中的任意一个值.

8.2.2根据测量值计算模拟电路的正向电阻r,及反向电阻r,如式(9):

--中厚度修正系数F(W/S)表格范围增加;

一按中文格式分直排四探针法、直流两探针法进行编排。

本标准代替GB/T 1551-1995《硅、锗单晶电阻率测定直流两探针法》和GB/T 1552-1995《硅、锗

单品电阻率测定直排四探针法》。

本标准与GB/T 1551-1995和GB/T 1552-1995相比，主要有如下变化:

一一删除了锗单晶测定的相关内容;1范围

本方法规定了用直排四探针法测量硅单晶电阻率的方法.

本方法适用于测量试样厚度和从试样边缘与任一探针端点的最近距离二者均大于探针间距的4倍

的硅单晶体电阻率以及测量直径大于探针间距10倍、厚度小于探针间距4倍的硅单晶圆片的电阻率。

本方法可测定的硅单晶电阻率范围为1X10-Ω・cm~3X10' Ω.cm.

2环境要求

环境温度为23℃±1℃,相对湿度不大于65%。

3干扰因素

3.1光照可能严重影响观察电阻率,特别是近似本征材料。因此,所有测试应在暗室进行,除非是待测

样品对周围的光不敏感。

3.2当仪器放置在高频于扰源附近时,测试回路中会引入虚假电流，因此仪器要有电磁屏蔽。

3.3试样中电场强度不能过大,以避免少数载流子注入。如果使用的电流适当,则用该电流的两倍或

一半时,引起电阻率的变化应小于0.5%。

3.4由于电阻率受温度影响,一般测试适用温度为23℃±1 ℃.

3.5对于厚度对测试的影响,仲裁测量要求厚度按本方法的6.3规定测量,一般测量用户可以根据实

际需要确定厚度的要求偏差。

3.6由于探针压力对测量结果有影响,测量时应选择合适的探针压力。

3.7仲裁测量时选择探针间距为1.59mm,非仲裁测量可选择其他探针间距。

4方法提要直排四探针测量示意图

5测量仪器

5.1探针装置由以下几部分组成。

5.1.1探针用钨,碳化钨或高速钢等金属制成,针尖呈圆锥型,夹角为45°~150*,初始标称半径为

25 μm~50 μm。

5.1.2探针压力,每根探针压力为1.75 N士0.25 N或4.0N±0.5N,分别用于硅单晶棒的电阻率测

量,也可选择其他合适的探针压力。

5.1.3绝缘性,一探针(包括连接弹簧和外部引线)与任何其他探针或装置任一部分之间绝缘电阻大于

10’Ω.

5.1.4探针排列和间距,四根探针的应成等间距直线排列。仲裁测量时,探针间距(相邻探针之间

的距离)标称值应为1.59mm。其他标称间距如1.00mm和0.6mm用于非仲裁测量,探针间距按7.2

测定。

5.1.5探针架,能在针尖几乎无横向移动的情况下使探针下降到试样表面.

5.2电学测量装置由下列几部分组成。

5.2.1任何满足7.1.6要求的电路均可用来进行电学测量。推荐电路(见图2)包括下述几部分。

·电位选择开关

恒流源

标准电阻

数字电压表

0.001mA一

100mA

电流选择开关GB/T 1551-2009

器应与电学测量装置的接地端相连接。为了迅速对准试样中心,可在散热器表面加工一个与铜块同心

的浅圆环。

一样品

云母片

>38mm

温度计

>100mm

图3带有样品、云母片和温度计的散热器

5.5 研磨或喷砂设备,用以提供平坦的试样表面。研磨设备应能将圆片试样研磨到厚度变化不大于试

样中心处厚度值的±1.0%，

5.6机械或电子厚度测量仪,能测量试样不同位置的厚度,精度优于±1.0%。

5.7千分尺或游标卡尺,分辨率优于士0.05 mm。

5.8微移动机构,能以0.05 mm~0.10mm增量使探针装置或硅表面以垂直于探针连线方向并

平行于硅表面移动。

5.9 工具显微镜,分辨率为1μm。7.1.3如果采用直接测量电阻(电压一电流比值仪器)。开始在任一极性上(正向)测量模拟电路的正

向电阻r.。改变连接极性,测量反向电阻r.。继续改变极性进行测量,记录5次每一极性的正向电阻r

和反向电阻r.测量值,然后按6.1.5进行。

7.1.4如果不是采用直接测量电阻仪器,则让电流在正向,调节电流大小到近似表2推荐圆片的测量

电流值,测量正向电流时标准电阻两端的电势差V,或直接测量流过模拟电路的正向电流1,再测量正

向电流时模拟电路的电势差Va。将电流换向,测量反向电流时标准电阻两端的电势差V„或模拟电路

的反向电流I„和反向电流时模拟电路的电势差V„。继续改变极性重复进行测量,记录5次每一极性

的测量值。

7.1.5按8.2计算平均电阻r和标准偏差.

7.1.6电学测量装置应满足下述条件:

7.1.6.1 r值应在已知r值的0.3%以内。

7.1.6.2样品标准偏差口应小于r的0.3%。

7.1.6.3设备应能测量出0.05%电阻的变化。

7.2确定探针间距与探针状态

7.2.1 将四探针以正常压力压在严格固定的抛光硅片表面上,形成一组压痕。提起探针,在垂直于探

针尖连线方向上移动硅片表面或探针0.05 mm~0.10 mm,再将探针压到硅片表面上,重复上述步骤，

直到获得10组压痕。建议在两组或三组压痕后,将硅片表面或探针移动上述距离的两倍,以帮助操作

者识别压痕属于哪一组。

7.2.2将硅片表面清洗,用空气干燥。

7.2.3将此具有压痕的硅片表面置于工具显微镜的载物台上,使y轴的读数(图6中的yn和ys)相差

不大于0.150mm,记录在工具显微镜中的10组压痕A到H的x轴读数,精确到1μm。

4

5.10显微镜至少放大400倍。

5.11温度计或其他测温仪器0℃~40℃,分度值为0.1℃。

5.12欧姆计,能指示大于10°Ω绝缘电阻。

5.13超声波清洗器,具有适当频率(18 kHz~45 kHz)和功率。

5.14化学实验室器具(如塑料烧杯、量筒、处理和清洗酸及其蒸气所需的设备等)。

6试样制备

6.1 试样用W14#(粒径为10μm)金刚砂研磨上下表面,保证无机械损伤、无沾污物。

6.2在不包括参考面或参考缺口的圆周上测量直径3次,计算试样的平均直径D。试样直径应大于

10倍平均探针间距S,直径变化不大于D的D/5S%,记下D值。

6.3在试样上测量9个点的厚度(见图4)。要求各测量点厚度与试样中心点厚度的偏差不大于

士1.0%,记下试样的中心厚度W.

探针装置

圈2推荐电路图

5.2.2恒流源,电流范围为10-'A~10-*A,纹波系数不大于士0.1%,稳定度优于士0.05%。

5.2.3电流换向开关。

5.2.4标准电阻,0.01 0~100000Ω.0.05级.

5.2.5双刀双掷电位选择开关,图2推荐电路需要这一开关来选择测量标准电阻或试样上电势差。

5.2.6数字电压表,可用来测量以毫伏为单位的电势差或者连同电流源一起校准到能直接读出电压-

电流比值。测量满量程为0.2mV~50mV,分辨率为±0.05%(3½位有效数字),输入阻抗大于10°倍

试样电阻率。如试样电阻率仅限定在某一数值范围内,一个较小满量程范围就足够了。

5.3样品架/台,用于固定试样的合适夹具。

5.4散热器,用一直径至少为100 mm,厚为38 mm的铜块来支撑圆片试样和起散热器作用(图3)。

它应包括一个容纳温度计的小孔,使温度计能放置在离试样10mm范围内的散热器中心区。散热器上

放一片10 μm~25μm厚的云母片,使试样和散热器电绝缘。在云母片和铜块间、温度计孔中填充矿物

油活动有机硅散热以减少热阻。散热器安放应能使探针阵列中心在试样中心的1mm以内。散热

排列成一直线的四根探针垂直地压在距离边缘6mm以上的平坦试样表面上,将直流电流I在两

外探针间通入试样,测量内侧两探针间所产生的电势差V,根据测得的电流和电势差值,按式(1)计算电

阻率。对圆片试样还应根据几何修正因子进行计算。测量示意图见图1.

p=2xs￥

..…………--…(1)

式中:

一电阻率,单位为欧姆厘米(Ω·cm);

V-测得的电势差,单位为毫伏(mV);

I一通入的电流,单位为毫安(mA);

S一探针间距,单位为厘米(cm).

一用文字描述代替了原标准GB/T 1551-1995和GB/T1552-1995中的若干记录测试数据的

表格;

--修改了直排四探针法中计算公式;

--补充了干扰因素。

本标准由全国半导体设备和材料标准化技术委员会提出。

本标准由全国半导体设备和材料标准化技术委员会材料分技术委员会归口。

本标准起草单位:信息产业部专用材料质量监督检验中心、中国电子科技集团公司第四十六研

究所。

本标准主要起草人:李静、何秀坤、张继荣、段曙光。

本标准所代替标准的历次版本发布情况为:

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

GB/T 1551-1995、GB/T1552--1995。

按照硅片电阻率测量的国际标准（ASTM F84）及标准设计制造该仪器设计符合GB/T 1551-2009 《硅单晶电阻率测定方法》、GB/T 1551-1995《硅、锗单晶电阻率测定直流两探针法》、GB/T 1552-1995《硅、锗单晶电阻率测定直流四探针法》并参考美国 A.S.T.M 标准，本机配置232电脑接口及USB两种接口，本机采用范德堡测量原理能改善样品因几何尺寸、边界效应、探针不等距和机械游移等外部因素对测量结果的影响及误差，比市场上其他普通的四探针测试方法更加完善和进步,特别是方块电阻值较小的产品测量，更加准确.

本仪器本仪器采用四探针单电测量法适用于生产企业、高等院校、科研部门，是检验和分析导体材料和半导体材料质量的一种重要的工具。本仪器配置各类测量装置可以测试不同材料。液晶显示，无需人工计算，并带有温度补偿功能，电阻率单位自动选择，仪器自动测量并根据测试结果自动转换量程，无需人工多次和重复设置。采用高精度AD芯片控制，恒流输出，结构合理、质量轻便，运输安全、使用方便；选配：配备软件可以由电脑操控，并保存和打印数据，自动生成报表；本仪器采用4.3吋大液晶屏幕显示，同时显示液晶显示：电阻、电阻率、方阻、温度、单位换算、温度系数、电流、电压、探针形状、探针间距、厚度 、电导率，配置不同的测试治具可以满足不同材料的测试要求。测试治具可以根据产品及测试项目要求选购

维护和保养

1 .使用者的维护

为了防止意外发生，请不要接触机内部件。本机器内部所有的零件，绝对不需使用者的维护。如果机器有异常情况发生，请直接与瑞柯仪器公司厂家联系或其的经销商给予维护。

2. 使用者的修改

使用者不得自行更改机器的线路或零件，如被更改机器后保修则自动失效并且本公司不负任何事故责任。在保修内使用未经我公司认可的零件或附件造成故障也不予保证。如发现送回检修的机器被更改，将机器的电路和零件修复回原来设计的状态，并收取修护费用。

3.测试工作站

3.1工作位置

工作站的位置选择必须安排在一般人员非必经的处所，使非工作人员选离工作站。如果因为条件限制的安排而无法做到时，必须将工作站与其这它设施隔开并且特别标明“测试工作站"。如果工作站与其它作业站非常接近时，必须特别注意安全的问题。在测试时必须标明“测试执行中，非工作人员请勿靠近"

4.输入电源

输入：220V±10%  使用频率：50Hz

4.3.3工作场所

尽可能使用非导电的工作桌工作台。操作人员和待测物之间不得使用任何金属。操作人员的位置不得有跨越待测物去操作或调整测试仪器的现象。测试场所必须随时保持整齐、干净，不得杂乱无章。测试站及其周边之空气中不能含有可燃气体或在易燃物质。

4.3.4人员资格

本仪器为精密仪器，必须由训练合格的人员使用和操作。

4.3.5安全守则

操作人员必须随时给予教育和训练，使其了解各种操作规则的重要性，并依安全规则操作。

4.3.6衣着规定

操作人员不可穿有金属装饰的衣服或戴金属手饰和手表等，这些金属饰物很容易造成意外的感电。

4.3.7医学规定

绝对不能让有心脏病或配戴心律调整器的人员操作。

4.4测试安全程序规定

一定要按照规定程序操作。操作人员必须确定能够自主掌控各部位的控制开关和功能。

4.5安全要点

● 非合格的操作人员和不相关的人员应远离测试区。

● 万一发生问题，请立即关闭电源并及时处理故障原因。

直流导电电阻测试仪使用前期准备--测试前准备工作：

开机预热：将220V电源插头插入电源插座，打开电源开关，让仪器预热15分钟，保证测试数据稳定。若测试仪无常启动，请按以下步骤检查：

①检查电源线是否接触良好；

②检查后面板上的电源开关是否已经打开

③检查保险丝是否熔断，如有必要，请更换保险丝

④ 如经上述检查无误后，测试仪仍未正常启动，请联系本公司进行解决。