直流導(dǎo)電電阻測(cè)試儀BEST-300C導(dǎo)電材料電阻率測(cè)定儀本標(biāo)準(zhǔn)修改采用SEMIMF84-1105《硅片電阻率測(cè)定四探針?lè)ā泛蚐EMIMF397-1106《硅棒電阻

率測(cè)定兩探針?lè)ā贰?/p>

本標(biāo)準(zhǔn)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(lái)遠(yuǎn)用視展電況

在數(shù)但上等于2,則兩內(nèi)探什之間則得的電勢(shì)力

在數(shù)值上等于電阻率值,可免于計(jì)算。推薦的圓片測(cè)量電流是在試樣厚度為0.5mm,兩內(nèi)探針間為

10 mV電勢(shì)差時(shí)得到。

8測(cè)量結(jié)果計(jì)算

8.1 利用7.2測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算探針間距S、平均探針間距S、標(biāo)準(zhǔn)偏差a、探針系數(shù)C和探針間距修正因

子F?.

8.1.1對(duì)十組測(cè)量數(shù)據(jù)中的每一組,用式(2)計(jì)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(diǎn)位,見(jiàn)圖6所示,單位為厘米(cm);

腳標(biāo)j一組數(shù),取1到10。

8.1.2用式(2)得到的S,計(jì)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(jì)算得到的S,和按式(2)計(jì)算得到的S。,利用式(4)分別計(jì)算3個(gè)間距的試樣標(biāo)準(zhǔn)

偏差a

?/÷[∑<s?-)’]+

....…...……(4)

8.1.4計(jì)算平均探針間距S,如式(5):

s=/(++)

...……………(5)

8.1.5計(jì)算探針系數(shù)C和適用于圓片測(cè)量時(shí)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(cè)量的數(shù)據(jù)計(jì)算模擬電路測(cè)量的平均電阻r和標(biāo)準(zhǔn)偏差o。

8.2.1如果采用直接測(cè)量電阻,用單個(gè)正向和反向電阻(無(wú)論是計(jì)算結(jié)果或是測(cè)量結(jié)果)均按式(8)計(jì)

算平均電阻,否則按8.2.2計(jì)算模擬電路的正向電阻r,及反向電阻r,:

…………---…(8)

式中:

r-10個(gè)模擬電路的正向電阻r,及反向電阻r,中的任意一個(gè)值.

8.2.2根據(jù)測(cè)量值計(jì)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(shù)F(W/S)表格范圍增加;

一按中文格式分直排四探針?lè)?、直流兩探針?lè)ㄟM(jìn)行編排。

本標(biāo)準(zhǔn)代替GB/T 1551-1995《硅、鍺單晶電阻率測(cè)定直流兩探針?lè)ā泛虶B/T 1552-1995《硅、鍺

單品電阻率測(cè)定直排四探針?lè)ā贰?/p>

本標(biāo)準(zhǔn)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(cè)定的相關(guān)內(nèi)容;1范圍

本方法規(guī)定了用直排四探針?lè)y(cè)量硅單晶電阻率的方法.

本方法適用于測(cè)量試樣厚度和從試樣邊緣與任一探針端點(diǎn)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(cè)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(cè)定的硅單晶電阻率范圍為1X10-Ω?cm~3X10' Ω.cm.

2環(huán)境要求

環(huán)境溫度為23℃±1℃,相對(duì)濕度不大于65%。

3干擾因素

3.1光照可能嚴(yán)重影響觀察電阻率,特別是近似本征材料。因此,所有測(cè)試應(yīng)在暗室進(jìn)行,除非是待測(cè)

樣品對(duì)周圍的光不敏感。

3.2當(dāng)儀器放置在高頻于擾源附近時(shí),測(cè)試回路中會(huì)引入虛假電流，因此儀器要有電磁屏蔽。

3.3試樣中電場(chǎng)強(qiáng)度不能過(guò)大,以避免少數(shù)載流子注入。如果使用的電流適當(dāng),則用該電流的兩倍或

一半時(shí),引起電阻率的變化應(yīng)小于0.5%。

3.4由于電阻率受溫度影響,一般測(cè)試適用溫度為23℃±1 ℃.

3.5對(duì)于厚度對(duì)測(cè)試的影響,仲裁測(cè)量要求厚度按本方法的6.3規(guī)定測(cè)量,一般測(cè)量用戶可以根據(jù)實(shí)

際需要確定厚度的要求偏差。

3.6由于探針壓力對(duì)測(cè)量結(jié)果有影響,測(cè)量時(shí)應(yīng)選擇合適的探針壓力。

3.7仲裁測(cè)量時(shí)選擇探針間距為1.59mm,非仲裁測(cè)量可選擇其他探針間距。

4方法提要直排四探針測(cè)量示意圖

5測(cè)量?jī)x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(biāo)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(cè)

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(yīng)成等間距直線排列。仲裁測(cè)量時(shí),探針間距(相鄰探針之間

的距離)標(biāo)稱值應(yīng)為1.59mm。其他標(biāo)稱間距如1.00mm和0.6mm用于非仲裁測(cè)量,探針間距按7.2

測(cè)定。

5.1.5探針架,能在針尖幾乎無(wú)橫向移動(dòng)的情況下使探針下降到試樣表面.

5.2電學(xué)測(cè)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(lái)進(jìn)行電學(xué)測(cè)量。推薦電路(見(jiàn)圖2)包括下述幾部分。

·電位選擇開(kāi)關(guān)

恒流源

標(biāo)準(zhǔn)電阻

數(shù)字電壓表

0.001mA一

100mA

電流選擇開(kāi)關(guān)GB/T 1551-2009

器應(yīng)與電學(xué)測(cè)量裝置的接地端相連接。為了迅速對(duì)準(zhǔn)試樣中心,可在散熱器表面加工一個(gè)與銅塊同心

的淺圓環(huán)。

一樣品

云母片

>38mm

溫度計(jì)

>100mm

圖3帶有樣品、云母片和溫度計(jì)的散熱器

5.5 研磨或噴砂設(shè)備,用以提供平坦的試樣表面。研磨設(shè)備應(yīng)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(jī)械或電子厚度測(cè)量?jī)x,能測(cè)量試樣不同位置的厚度,精度優(yōu)于±1.0%。

5.7千分尺或游標(biāo)卡尺,分辨率優(yōu)于士0.05 mm。

5.8微移動(dòng)機(jī)構(gòu),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(dòng)。

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

向電阻r.。改變連接極性,測(cè)量反向電阻r.。繼續(xù)改變極性進(jìn)行測(cè)量,記錄5次每一極性的正向電阻r

和反向電阻r.測(cè)量值,然后按6.1.5進(jìn)行。

7.1.4如果不是采用直接測(cè)量電阻儀器,則讓電流在正向,調(diào)節(jié)電流大小到近似表2推薦圓片的測(cè)量

電流值,測(cè)量正向電流時(shí)標(biāo)準(zhǔn)電阻兩端的電勢(shì)差V,或直接測(cè)量流過(guò)模擬電路的正向電流1,再測(cè)量正

向電流時(shí)模擬電路的電勢(shì)差Va。將電流換向,測(cè)量反向電流時(shí)標(biāo)準(zhǔn)電阻兩端的電勢(shì)差V?或模擬電路

的反向電流I?和反向電流時(shí)模擬電路的電勢(shì)差V?。繼續(xù)改變極性重復(fù)進(jìn)行測(cè)量,記錄5次每一極性

的測(cè)量值。

7.1.5按8.2計(jì)算平均電阻r和標(biāo)準(zhǔn)偏差.

7.1.6電學(xué)測(cè)量裝置應(yīng)滿足下述條件:

7.1.6.1 r值應(yīng)在已知r值的0.3%以內(nèi)。

7.1.6.2樣品標(biāo)準(zhǔn)偏差口應(yīng)小于r的0.3%。

7.1.6.3設(shè)備應(yīng)能測(cè)量出0.05%電阻的變化。

7.2確定探針間距與探針狀態(tài)

7.2.1 將四探針以正常壓力壓在嚴(yán)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(dòng)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(fù)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(dòng)上述距離的兩倍,以幫助操作

者識(shí)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(tái)上,使y軸的讀數(shù)(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(shù),精確到1μm。

4

5.10顯微鏡至少放大400倍。

5.11溫度計(jì)或其他測(cè)溫儀器0℃~40℃,分度值為0.1℃。

5.12歐姆計(jì),能指示大于10°Ω絕緣電阻。

5.13超聲波清洗器,具有適當(dāng)頻率(18 kHz~45 kHz)和功率。

5.14化學(xué)實(shí)驗(yàn)室器具(如塑料燒杯、量筒、處理和清洗酸及其蒸氣所需的設(shè)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(wú)機(jī)械損傷、無(wú)沾污物。

6.2在不包括參考面或參考缺口的圓周上測(cè)量直徑3次,計(jì)算試樣的平均直徑D。試樣直徑應(yīng)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(cè)量9個(gè)點(diǎn)的厚度(見(jiàn)圖4)。要求各測(cè)量點(diǎn)厚度與試樣中心點(diǎn)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(shù)不大于士0.1%,穩(wěn)定度優(yōu)于士0.05%。

5.2.3電流換向開(kāi)關(guān)。

5.2.4標(biāo)準(zhǔn)電阻,0.01 0~100000Ω.0.05級(jí).

5.2.5雙刀雙擲電位選擇開(kāi)關(guān),圖2推薦電路需要這一開(kāi)關(guān)來(lái)選擇測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)電阻或試樣上電勢(shì)差。

5.2.6數(shù)字電壓表,可用來(lái)測(cè)量以毫伏為單位的電勢(shì)差或者連同電流源一起校準(zhǔn)到能直接讀出電壓-

電流比值。測(cè)量滿量程為0.2mV~50mV,分辨率為±0.05%(3?位有效數(shù)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(shù)值范圍內(nèi),一個(gè)較小滿量程范圍就足夠了。

5.3樣品架/臺(tái),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(lái)支撐圓片試樣和起散熱器作用(圖3)。

它應(yīng)包括一個(gè)容納溫度計(jì)的小孔,使溫度計(jì)能放置在離試樣10mm范圍內(nèi)的散熱器中心區(qū)。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(jì)孔中填充礦物

油活動(dòng)有機(jī)硅散熱以減少熱阻。散熱器安放應(yīng)能使探針陣列中心在試樣中心的1mm以內(nèi)。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(cè)量?jī)?nèi)側(cè)兩探針間所產(chǎn)生的電勢(shì)差V,根據(jù)測(cè)得的電流和電勢(shì)差值,按式(1)計(jì)算電

阻率。對(duì)圓片試樣還應(yīng)根據(jù)幾何修正因子進(jìn)行計(jì)算。測(cè)量示意圖見(jiàn)圖1.

p=2xs￥

..…………--…(1)

式中:

一電阻率,單位為歐姆厘米(Ω·cm);

V-測(cè)得的電勢(shì)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(biāo)準(zhǔn)GB/T 1551-1995和GB/T1552-1995中的若干記錄測(cè)試數(shù)據(jù)的

表格;

--修改了直排四探針?lè)ㄖ杏?jì)算公式;

--補(bǔ)充了干擾因素。

本標(biāo)準(zhǔn)由全國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備和材料標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)提出。

本標(biāo)準(zhǔn)由全國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備和材料標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)材料分技術(shù)委員會(huì)歸口。

本標(biāo)準(zhǔn)起草單位:信息產(chǎn)業(yè)部專用材料質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心、中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十六研

究所。

本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人:李靜、何秀坤、張繼榮、段曙光。

本標(biāo)準(zhǔn)所代替標(biāo)準(zhǔn)的歷次版本發(fā)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(cè)量的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（ASTM F84）及標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)制造該儀器設(shè)計(jì)符合GB/T 1551-2009 《硅單晶電阻率測(cè)定方法》、GB/T 1551-1995《硅、鍺單晶電阻率測(cè)定直流兩探針?lè)ā贰B/T 1552-1995《硅、鍺單晶電阻率測(cè)定直流四探針?lè)ā凡⒖济绹?guó) A.S.T.M 標(biāo)準(zhǔn)，本機(jī)配置232電腦接口及USB兩種接口，本機(jī)采用范德堡測(cè)量原理能改善樣品因幾何尺寸、邊界效應(yīng)、探針不等距和機(jī)械游移等外部因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響及誤差，比市場(chǎng)上其他普通的四探針測(cè)試方法更加完善和進(jìn)步,特別是方塊電阻值較小的產(chǎn)品測(cè)量，更加準(zhǔn)確.

本儀器本儀器采用四探針單電測(cè)量法適用于生產(chǎn)企業(yè)、高等院校、科研部門(mén)，是檢驗(yàn)和分析導(dǎo)體材料和半導(dǎo)體材料質(zhì)量的一種重要的工具。本儀器配置各類測(cè)量裝置可以測(cè)試不同材料。液晶顯示，無(wú)需人工計(jì)算，并帶有溫度補(bǔ)償功能，電阻率單位自動(dòng)選擇，儀器自動(dòng)測(cè)量并根據(jù)測(cè)試結(jié)果自動(dòng)轉(zhuǎn)換量程，無(wú)需人工多次和重復(fù)設(shè)置。采用高精度AD芯片控制，恒流輸出，結(jié)構(gòu)合理、質(zhì)量輕便，運(yùn)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(shù)據(jù)，自動(dòng)生成報(bào)表；本儀器采用4.3吋大液晶屏幕顯示，同時(shí)顯示液晶顯示：電阻、電阻率、方阻、溫度、單位換算、溫度系數(shù)、電流、電壓、探針形狀、探針間距、厚度 、電導(dǎo)率，配置不同的測(cè)試治具可以滿足不同材料的測(cè)試要求。測(cè)試治具可以根據(jù)產(chǎn)品及測(cè)試項(xiàng)目要求選購(gòu)

維護(hù)和保養(yǎng)

1 .使用者的維護(hù)

為了防止意外發(fā)生，請(qǐng)不要接觸機(jī)內(nèi)部件。本機(jī)器內(nèi)部所有的零件，絕對(duì)不需使用者的維護(hù)。如果機(jī)器有異常情況發(fā)生，請(qǐng)直接與瑞柯儀器公司廠家聯(lián)系或其的經(jīng)銷商給予維護(hù)。

2. 使用者的修改

使用者不得自行更改機(jī)器的線路或零件，如被更改機(jī)器后保修則自動(dòng)失效并且本公司不負(fù)任何事故責(zé)任。在保修內(nèi)使用未經(jīng)我公司認(rèn)可的零件或附件造成故障也不予保證。如發(fā)現(xiàn)送回檢修的機(jī)器被更改，將機(jī)器的電路和零件修復(fù)回原來(lái)設(shè)計(jì)的狀態(tài)，并收取修護(hù)費(fèi)用。

3.測(cè)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(jīng)的處所，使非工作人員選離工作站。如果因?yàn)闂l件限制的安排而無(wú)法做到時(shí)，必須將工作站與其這它設(shè)施隔開(kāi)并且特別標(biāo)明“測(cè)試工作站"。如果工作站與其它作業(yè)站非常接近時(shí)，必須特別注意安全的問(wèn)題。在測(cè)試時(shí)必須標(biāo)明“測(cè)試執(zhí)行中，非工作人員請(qǐng)勿靠近"

4.輸入電源

輸入：220V±10%  使用頻率：50Hz

4.3.3工作場(chǎng)所

盡可能使用非導(dǎo)電的工作桌工作臺(tái)。操作人員和待測(cè)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(cè)物去操作或調(diào)整測(cè)試儀器的現(xiàn)象。測(cè)試場(chǎng)所必須隨時(shí)保持整齊、干凈，不得雜亂無(wú)章。測(cè)試站及其周邊之空氣中不能含有可燃?xì)怏w或在易燃物質(zhì)。

4.3.4人員資格

本儀器為精密儀器，必須由訓(xùn)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(shí)給予教育和訓(xùn)練，使其了解各種操作規(guī)則的重要性，并依安全規(guī)則操作。

4.3.6衣著規(guī)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(yī)學(xué)規(guī)定

絕對(duì)不能讓有心臟病或配戴心律調(diào)整器的人員操作。

4.4測(cè)試安全程序規(guī)定

一定要按照規(guī)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(kāi)關(guān)和功能。

4.5安全要點(diǎn)

● 非合格的操作人員和不相關(guān)的人員應(yīng)遠(yuǎn)離測(cè)試區(qū)。

● 萬(wàn)一發(fā)生問(wèn)題，請(qǐng)立即關(guān)閉電源并及時(shí)處理故障原因。

直流導(dǎo)電電阻測(cè)試儀使用前期準(zhǔn)備--測(cè)試前準(zhǔn)備工作：

開(kāi)機(jī)預(yù)熱：將220V電源插頭插入電源插座，打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，讓儀器預(yù)熱15分鐘，保證測(cè)試數(shù)據(jù)穩(wěn)定。若測(cè)試儀無(wú)常啟動(dòng)，請(qǐng)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(kāi)關(guān)是否已經(jīng)打開(kāi)

③檢查保險(xiǎn)絲是否熔斷，如有必要，請(qǐng)更換保險(xiǎn)絲

④ 如經(jīng)上述檢查無(wú)誤后，測(cè)試儀仍未正常啟動(dòng)，請(qǐng)聯(lián)系本公司進(jìn)行解決。