四探针测试仪使用手册

目录1.概述.......................................12.技术指标...................................13.测量原理简介...............................24.仪器面板说明...............................45.使用方法...................................66.关于低阻测量...............................87.关于高阻测量...............................88.附录A：脱机测量样品基本操作流程............99.附表B：直径修正系数F(D/S)与D/S值的关系....1010.附表C：厚度修正系数F(W/S)与W/S值的关系....1111.附录D：S-2A探针台探头更换指导.............12感谢您使用我们的产品！如您是首次使用本仪器，请先详读本说明书，并妥善保留之以备查阅之用。如有问题，欢迎致电：020-31375051或登陆:http//型数字式四探针测试仪是运用四探针测量原理的多用途综合测量设备。该仪器按照单晶硅物理测试方法国家标准并参考美国A.S.T.M标准而设计的，专用于测试半导体材料电阻率及方块电阻(薄层电阻)的专用仪器。仪器由主机、探针测试台、四探针探头、计算机等部分组成，测量数据既可由四探针测试仪主机直接显示，亦可与计算机相连接通过四探针软件测试系统控制四探针测试仪进行测量并采集测试数据，把采集到的数据在计算机中加以分析，然后把测试数据以表格，图形直观地记录、显示出来。用户可对采集到的数据在电脑中保存或者打印以备日后参考和查看，还可以把采集到的数据输出到Excel中，让用户对数据进行各种数据分析。仪器采用了最新电子技术进行设计、装配。具有功能选择直观、测量取数快、精度高、测量范围宽、稳定性好、结构紧凑、易操作等特点。本仪器适用于半导体材料厂、半导体器件厂、科研单位、高等院校对半导体材料的电阻性能测试。2.技术指标2.1测量范围电阻率：10-4～105Ω.cm；方块电阻：10-3～106Ω/□；电阻：10-4～105Ω；电导率：10-5～104s/cm；可测晶片直径：140mmX150mm(配S-2A型测试台)；200mmX200mm(配S-2B型测试台)；400mmX500mm(配S-2C型测试台)；2.2恒流源电流量程分为1μA、10μA、100μA、1mA、10mA、100mA六档，各档电流连续可调；2.3数字电压表量程及表示形式：000.00～199.99mV；分辨力：10μV；输入阻抗：＞1000MΩ；精度：±0.1%；显示：四位半红色发光管数字显示；极性、超量程自动显示；2.4四探针探头基本指标间距：1±0.01mm；针间绝缘电阻:≥1000MΩ；机械游移率:≤0.3％；探针：碳化钨或高速钢材质，探针直径Ф0.5mm；探针压力：5～16牛顿(总力)；2.5四探针探头应用参数见探头附带的合格证，合格证含三参数项：C：探针系数；F：探针间距修正因子；S：探针平均间距；2.6模拟电阻测量相对误差（按JJG508-87进行）0.01Ω、0.1Ω、1Ω、10Ω、100Ω、1000Ω、10000Ω≤0.3％±１字；RTS-8四探针测试仪用户手册-2-2.7整机测量最大相对误差(用硅标样片:0.01-180Ω.cm测试)≤±5％；2.8整机测量标准不确定度≤5％；2.9外型尺寸（大约）电气主机:460mm×320mm×100mm；S-2A型测试台:190mm×140mm×260mm；S-2B型测试台:300mm×210mm×400mm；S-2C型测试台:500mm×400mm×350mm；2.10仪器重量（大约）电气主机:3.5kg；S-2A型测试台:2kg；S-2B型测试台:2.5kg；S-2C型测试台:4kg；2.11标准使用环境温度:：23±2℃；相对湿度：≤65％；无高频干扰；无强光直射；*.注意:使用1μA量程时，允许有小于1.0nA的空载电流.最好在相对湿度小于50%时使用。3．测量原理将四根排成一条直线的探针以一定的压力垂直地压在被测样品表面上，在1、4探针间通以电流I(mA)，2、3探针间就产生一定的电压V(mV)(如图1)。测量此电压并根据测量方式和样品的尺寸不同，可分别按以下公式计算样品的电阻率、方块电阻、电阻：`图１.直线四探针法测试原理图↓V1234↑RTS-8四探针测试仪用户手册-3-①.薄圆片(厚度≤4mm)电阻率：IVF（D/S）╳F（W/S）╳W╳FspΩ·cm…(1)其中：D—样品直径，单位：cm或mm，注意与探针间距S单位一致；S—平均探针间距，单位：cm或mm，注意与样品直径D单位一致(四探针头合格证上的S值)；W—样品厚度，单位：cm，在F(W/S)中注意与S单位一致；Fsp—探针间距修正系数(四探针头合格证上的F值)；F(D/S)—样品直径修正因子。当D→∞时，F(D/S)=4.532，有限直径下的F(D/S)由附表B查出：F(W/S)—样品厚度修正因子。W/S0.4时，F(W/S)=1；W/S0.4时，F(W/S)值由附表C查出；I—1、4探针流过的电流值，选值可参考表5.2(第6页表5.2)；V—2、3探针间取出的电压值，单位mV；②.薄层方块电阻Ｒ□：Ｒ□＝IVF（D/S）╳F（W/S）╳FspΩ/□…(2)其中：D—样品直径，单位：cm或mm，注意与探针间距S单位一致；S—平均探针间距，单位：cm或mm，注意与样品直径D单位一致(四探针头合格证上的S值)；W—样品厚度，单位：cm，在F(W/S)中注意与S单位一致；Fsp—探针间距修正系数(四探针头合格证上的F值)；F(D/S)—样品直径修正因子。当D→∞时，F(D/S)=4.532，有限直径下的F(D/S)由附表B查出：F(W/S)—样品厚度修正因子。W/S0.4时，F(W/S)=1；W/S0.4时，F(W/S)值由附表C查出；I—1、4探针流过的电流值，选值可参考表5.1(第6页表5.1)；V—2、3探针间取出的电压值，单位mV；①双面扩散层方块电阻Ｒ□可按无穷大直径处理，此时F(D/S)=4.532，由于扩散层厚度W远远小于探针间距，故F(W/S)=1，此时Ｒ□=4.532IVFsp②单面扩散层、离子注入层、反型外延层方块电阻此时F(D/S)值应根据D/S值从附表C中查出。另外由于扩散层、注入层厚度W远远小于探针间距，故F(W/S)=1，此时有Ｒ□＝IVF（D/S）Fsp③.棒材或厚度大于4mm的厚片电阻率ρ：当探头的任一探针到样品边缘的最近距离不小于4S时，测量区的电阻率为：CIVΩ·cm…(3)其中：C＝2πS为探针系数，单位：cm(四探针头合格证上的C值)；S的取值来源于:1/S=（1/S1+1/S3–1/(S1+S3)–1/(S2+S3)），S1为(1-2)针、S2为(2-3)针、S3为(3-4)针的间距，单位：cm；I—1、4探针流过的电流值，单位mA,选值可参考表5.2(第6页表5.2)；V—2、3探针间取出的电压值，单位mV；RTS-8四探针测试仪用户手册-4-④.电阻的测量：应用恒流测试法，电流由样品两端流入同时测量样品两端压降。样品的电阻为：IVRΩ…(3)其中：I—样品两端流过的电流值，单位mA,选值可参考表5.2(第6页表5.2)；V—样品两端取出的电压值，单位mV；仪器电气原理如下图所示4．仪器面板说明RTS-8型四探针测试仪主要由主机(电气测量装置)、测试台、计算机组成，三部分独立放置，通过连接线联接。该四探针测试仪亦可脱离计算机单独使用。220V电源滤波(一)滤波稳压(二)恒流电流选档换向控制样品测试A/D转换显示并行通讯接口计算机显示器打印机四探针测试仪用户手册-5-仪表前面板说明项目说明K1,K2,K3,K4,K5,K6测量电流量程选择按键，共6个量程,当按相应的量程时，此量程按钮上方的指示灯会亮。K7“R□/ρ”测量选择按键，即是测量样品的方块电阻还是电阻率的选择按键，开机时自动设置在“Ｒ□”位。按下此按键会在这两种测量状态下切换，按键上方的相应的指示灯会亮表示现处的测量类别。K8“电流/测量“方式选择按键，开机时自动设置在“I”位；按下此按键会在这两种模式下切换，按键上方的相应的指示灯会亮表示现处的状态。即当处在“I”时表示数据显示屏显示的是样品测量电流值，用户可根据测量样品调节量程按键或电位器获得适合样品测量的电流。当在“ρ/R□”时表示现处于测量模式下，数据显示屏显示的是方块电阻或电阻率的测量值。K9电流换向按键，按键上方的灯亮时表示反向。灭时表示正向。K10低阻测试扩展按键(只在100mA量程档有效),按键上方的灯指示开、关的状态。W1,W2W1－电流粗调电位器；W2－电流细调电位器。P与计算机通讯的并口接口。L显示测试值的数据显示屏，在不同的测试状态下分别用来显示样品的测试电流值、方块电阻测量值、电阻率测量值。U测试值的单位指示灯。备注：连机测量时用户只需对前面板电位器W1、W2进行操作（调节样品测试电流值）。前面板的其它按键用户不需在主机上操作，在测量时完全由计算机控制。K7K8K9K10K1K2K3K4K5K6W1W2PULRTS-8四探针测试仪用户手册-6-主机后面板安装情况如下图所示：项目说明1电源开关2四探针探头连接插座3保险管4电源插座5输出控制端口5.使用方法RTS-8型四探针测试仪可以单独使用，也可以跟计算机相连接使用。跟计算机相连接的使用方法请参考随机配带的《RTS-8型四探针测试仪软件测试系统》用户手册。以下介绍四探针测试仪主机单独使用（脱机使用）测试的方法。首先按后面板说明用连接电缆将四探针探头与主机连接好，接上电源，再按以下步骤进行操作：1.开启主机电源开关，此时“R□”和“I”指示灯亮。预热约10分钟；2.估计所测样品方块电阻或电阻率范围:按表5.1和表5.2选择适合的电流量程对样品进行测量，按下K1(1uA)、K2(10uA)、K3(100uA)、K4(1mA)、K5(10mA)、K6(100mA)中相应的键选择量程；(如无法估计样品方块电阻或电阻率的范围，则可先以“10μA”量程进行测量，再以该测量值作为估计值按表5.1和表5.2选择电流量程得到精确的测量结果）方块电阻测量时电流量程选择表(推荐)方块电阻(Ω/□)电流量程2.5100mA2.0～2510mA20～2501mA200～2500100uA2000～2500010uA200001uA电阻率测量时电流量程选择表(推荐)电阻率(Ω·cm)电流量程0.03100mA0.03～0.310mA0.3～301mA30～300100uA300～300010uA30001uA表5.1表5.22534INPUTPORTFUSE220V1ONOFFRTS-8四探针测试仪用户手册-7-3.确定样品测试电流值:放置样品，压下探针，使样品接通电流。主机此时显示电流数值。调节电位器W1和W2，即可得到所需的测试电流值。推荐按以下方法，根据不同的样品测试类别计算出样品的测试电流值，然后调节主机电位器使测试电流为此电流值，即可方便得到需要测试样品的精确测试结果。①.测试薄圆片（厚度≤4mm）的电阻率：按以下公式:(详细说明见“测量原理简介”)ρ＝V/I╳F（D/S）╳F（W/S）╳W╳Fsp╳10n（Ω·cm）选取测试电流I：I=F（D/S）╳F（W/S）╳W╳Fsp╳10n。(式中各参数按“测量原理简介”中的定义可分别得出，n是整数与量程档有关)然后按此公式计算出测试电流数值。在仪器上调整电位器“W1”和“W2”，使测试电流显示值为计算出来测试电流数值。按以上方法调整电流后,按“K8”键选择“R□/ρ”,按“K7”键选择“ρ”