四探针说明书样本

SZT-2C四探针测试仪
使用说明书
一概述
SZT-2C型数字式四探针测试仪是运用四线法测量原理的多用途综合测量装置, 配上专用的四探针测试架, 即能够测量片状, 块状或柱状半导体材料的径向和轴向电阻率, 测量扩散层的薄层电阻( 亦称方块电阻) 。

四探针测试架有电动, 手动, 手持三种能够选配, 另外还配有四个夹子的四线输入插头用来作为测量线状或片状电阻的中, 低阻阻值。

仪器由主机, 测试架等部份组成, 测试结果由液晶显示器显示, 同时, 液晶显示器还显示测量类型( 电阻率, 方块电阻和电阻) ;探头修正系数和温度值, 用来监测仪器使用时的环境温度。

主机由开关电源, DC/DC变换器, 高灵敏度电压测量部份, 高稳定度恒流源, 和微电脑控制系统组成。

由於采用大规模集成电路, 因此仪器可靠性高, 测量稳定性好。

测试探头采用宝石导向轴套和高硬度钢针, 定位准确, 游移率小, 使用寿命长。

仪器适用於半导体材料厂, 半导体器件厂, 科研单位, 高等院校对半导体材料电阻性能的测试。

本仪器工作条件为:
使用温度: 23℃±3℃
相对湿度: 50%~70%
工作室内应无强磁场干扰, 不与高频设备共用电源,
二, 技术参数
1，测量范围
电阻率: 10⁻⁴-106Ω-cm
方块电阻 10⁻⁴- 106Ω/□
电阻 10-⁴- 106Ω
2, 可测半导体材尺寸
直径: Ф5-250mm
长( 或高) 度: ≤400mm( 如配探笔能够测量任意长度)
3，测量方位
轴向, 径向均可
4，数字电压表:
（1）量程: 20mV,200mV,2V
（2）误差: ±0.1%读数±2字
（3）输入阻抗:>10⁸Ω
（4）最大分辨率:10μV
（5）点阵液晶显示, 过载显示。

5，恒流源:
（1）电流输出: 共分10μA,100uA,1mA,10mA,100mA六挡可经过按键选择, 各挡均为定值不可调节, 电阻率
探头修正系和扩散层方块电阻修正系数均由机内
CPU运算后, 直接显示修正后的结果。

（2）误差: ±0.5%±2字, 在使用1μA恒流电流输出时为±0.5%±5字
6,四探针测试头;
(1) 探针间距: 1mm
(2) 探针机械游移率: ±1.0%
(3) 探针材料: 碳化钨,Ф0.5mm
(4) 0-2Kg可调,最大压力约2Kg
7, 温度传感器;
本仪器增加了高精度的温度传感器, 以监测仪器使用时的环境温度。

温度测量的范围; +99℃— -55℃
温度测量的精度; ±0.5℃
8, 电源:
交流 220V±10%
功耗<35W
本仪器能够选配电动测试架, 手动测试架, 手持探险头或四夹子电阻测量输入线。

1, 电动测试架;
电动测试架是用步进电机驱动测试头升降, 只要将被测工件放在测试平台中心位置, 按一次启动按钮, 测试头自动下降, 直到针
头和被测工件接触, 探头将自动以慢速下降一段距离压紧探针使针与工件接触良好并等待测量, 稍候测量结束, 探头上行并恢复到原来位置。

因此
电动测试架的操作简便, 探针对被测工件所施压力恒定, 测量结果稳定, 建议优先选配。

2, 手动测试架
以其结构简单不用电源见长, 只要操作熟练, 测量精度和稳定性也很好。

3, 手持式四探针测试头, 使用灵活能够对任意形状的半导体材料进行测试, 而且脱离了测试架尺寸的限止, 能够对大尺寸单晶硅柱的任意部位进行单点或多点测试, 但由於探针对被测材料的压力是由手感控制的, 因此, 测量时必须将探头持稳压紧, 保证探针和被测工件接触良好。

4带夹四线测试头, 是必配件, 能够用四线法测量低阻值电阻。

三, 工作原理;
1，测试原理; 直流四探针法测试原理简介如下;
（1）电阻率测量; (图一):
当1, 2, 3, 4四根金属针排成一直线时体材料上时, 在1, 4两根探针间经过电流I, 则在2, 3探针间产生电位差V,
材料电阻率ρ=C I
V (Ω-cm) (3-1) 式中C 为探针修正系数, 由探针的间距决定。

当试样电阻率分布均匀, 试样尺寸满足半无穷大条件时
C=3
2212111112S S S S S S +-+-+π (cm) ( 3-2)
式中: S 1, , S 2 S 3 分别为探针对1与2, 2与3, 3与4之间的距离, 探头系数由制造厂对探针间距进行测定后确定, 并提供
给用户。

每个探头都有自已的系数。

C ≈6.28±0.05,单位为cm 。

( a) 块状或棒状样品体电阻率测量:
由於块状或棒状样品外形尺寸远大於探针间距, 符合半无穷大的边界条件, 电阻率值可直接由( 3-1) 式求出。

( b) 薄片电阻率测量:
薄片样品因为其厚度与探针间距相近, 不符合半远穷大边界条件, 测量时要附加样品的厚度, 形状和测量位置的修正系数。

其电阻率值可由下面公式得出
ρ=C I V G( S W ) D( S d ) =ρ0 G( S W ) D( S
d ) ( 3-3) 式中ρ0—— 为块状体电阻率测量值 G( S W
) ———为样品厚度修正系数, 可由附录1A 或附录1B
查得。

W: 样品厚度( μm) ;S 探针间距( mm) D: ( S d ) ——为样品形状与测量位置的修正函数可由
附录2查得。

当园形硅片的厚度满足
S W <0.5条件时, 电阻率为 ρ=ρ0 D Ln S W 221 )(S
d (3-4) 式中Ｌn2为２的自然对数。

当忽略探针几何修正系数时, 即认为Ｃ＝２πＳ时, )(53.4)(2S
d D I VW S d D ILn VW ==πρ (3-5)
(©)扩散层的方块电阻测量
当半导体薄层尺寸满足于半无穷大平面条件时: I V I V Ln R 53.4)(20==π (3-6)
SZT-2B 型四探针测试仪电气部分原理框图: ( 图二)
仪器主体部分由单片计算机, 液晶显示器、 键盘、 高灵敏度, 高输入阻抗的方大器、 双积分式A/D 变换器、 恒流源、 , 开关电源, DC-DC 变换隔离电源。

电动, 手动或手持式四探针测试架( 头) 等组成。

三．使用方法
本仪器适配三种测试架( 电动, 手动, 手持测试头) , 还可使用带有四个夹子的, 四线法电阻测试输入插头, 这四种输入插头虽然外形相同, 使用同一个输入插座, 但使用方法略有不同, 以下将分别于以说明。

1， 主机;
A: 面板: 面板左侧为液晶显示器, 显示器的第一行显示测量。