1、 STZ-8半導電型號鑒別儀簡介STZ8型半導體導電型號鑒別儀是為了鑒別硅單晶材料的導電類型“P”和“N”的測量儀器，是采用溫差效應和整流效應兩種方法相結(jié)合綜合性的測量導電型號儀器。測量范圍廣，所測硅材料的電阻率從10-4-cm 108-cm，儀器采用高靈敏度放大電路和判別電路，將材料上的微弱信號放大，判別出不同型號材料后，用“P”、“N”數(shù)碼直接顯示，儀器采用手持式探針探頭，使用簡單、操作方便且壽命長，儀器適合半導體材料廠、器件廠和科研部門的需要。主要技術指標1測量范圍：硅單晶材料電阻率 10-4cm103cm溫差法 10-4cm-1 cm 整流法 10-1cm103 cm2可測量材料：半導

2、體硅棒和硅片 15 - 150mm 以上3顯示方式：P、N燈顯示4測試探頭：手持式三探針間距 5mm ，探針直徑 1mm 高速鋼5 儀器尺寸：100mm×260mm×260mmBD-86A型半導體電阻率測試儀 一概述BD-86A型半導體電阻率測試儀是根據(jù)四探針原理，作為普及型半導體電阻率測試儀器適合半導體器材廠、材料廠用于測量半導體材料（片狀、棒狀）的體電阻率，方塊電阻（薄層電阻）；也可以用作測量金屬薄層電阻。經(jīng)過對用戶、半導體廠測試的調(diào)查，根據(jù)美國ASTM標準的規(guī)定，在電路和探頭方面作了重大的修改和技術上的許多突破。它更適合于半導體器材廠工藝檢測方面對中值、高阻硅、鍺材料

3、方塊電阻和體電阻率的測量需要，成為普及型的電阻率測試儀，具有測量精度高、穩(wěn)定性好、輸入阻抗高、使用方便、價格低廉等特點。儀器分為電氣箱和測試架兩部分，儀器電氣箱由直流數(shù)字電壓表、高抗干擾、高度隔離性能的電源變換裝置，高穩(wěn)定、高精度的恒流源所組成。測量結(jié)果由LED數(shù)字顯示、零位穩(wěn)定、輸入組抗高，儀器并設有自校功能，在片狀材料測試時，具有系數(shù)修正功能，使用方便、測試架結(jié)構(gòu)新穎、外形美觀，探針為合金材料，配用寶石導向，具有測量精度高、游移率小、耐磨和壽命長的特點，而且壓力可調(diào)恒定，備有手動探針測試臺，自動控針測試臺，供用戶選擇。本儀器為國內(nèi)最新研制出的普及型半導體電阻率測試儀器，特別適合于薄片材料測

4、量。二儀器主要技術指標；1 測量范圍：電阻率 10-3103 分辯率為10-4cm，可擴展到105cm方塊電阻 10-2/104/，分辯率為10-3/，可擴展到108/薄層金屬電阻 10-4105，分辯率為10-4cm2 可調(diào)半導體材料尺寸：直徑：15 100 mm長度：150mm3測量方式：軸向、斷面均可4數(shù)字電壓表：（1）量程：20mV（分辯率：10V）、200mV（分辯率：100V）、2V（分辯率：1mV）、（2）測量誤差：±0.3%讀數(shù)±2字(3)輸入阻抗:大于108 (4)顯示3 1/2位紅色發(fā)光二極管(LED)數(shù)字顯示,0 1999.具有極性、過載、小數(shù)點、單位

5、自動顯示5恒流源：由交流供電，具有良好的防泄漏隔離功能（1） 直流電流：0 100mA連續(xù)可調(diào)（2） 量程：10A、100A、1mA、10mA、100mA（3） 分辯率：10A、0.1A、1A、10A、0.1mA（4） 電流誤差:（±0.3%讀數(shù)±2字）6.電性能?？己苏`差:<±0.3% 符合ASTM指標7.測試探頭: （1）探針間距：S = 1mm（2） 探針機械游移率: ±0.3% （3） (3)壓力恒定可調(diào)8.電源:交流220V±10% 50HZ或60HZ 功率消耗 < 30W9.電氣箱外形尺寸:199×440

6、15;280mm 三工作原理（一）直流四探針測試法測試原理簡介如下： 1體電阻率測量 1 2 3 4 S1 S2 S3 圖（3-1）四探針法測量原理圖當1、 2.、3、4 根金屬探針排成一直線時,并以一定壓力在半導體材料上,在1、4兩處探針間通過電流I，則2、3探針間產(chǎn)生半導體材料上。 V材料電阻率= - · （ · Cm ） （3-1） I式中 C 為探針系數(shù)，由探針幾何位置決定當試樣電阻率分布均勻，試樣尺寸滿足無限大條件時 V 1 1 1 1= 2 -（ - + - - - - -） （3-2） I S1 S3 S1+S2 S2+S3式中：S1、S2、S3分別為探針1與

7、2，2與3，3與4之間距 當S1=S2=S3=1mm時，C = 2若電流取I=C時，則= V 可由數(shù)字電壓表直接讀出。（1）塊狀和棒狀樣品外形尺寸與探針間距比較，合乎計無限大的邊界條件，電阻率可以直接由（3-1），（3-2）式求出。（2）薄片電阻率測量薄片樣品因為厚度與探針間距比較，不能忽略，測量時要提供樣品的厚度、形狀和測量位置的修正系數(shù)。電阻率值可由下面公式得出： V W d W d= 2S -G（ - ）D（-）=0G(- ) D( - ） I I S S S S式中，0為塊狀全電阻率測量值 W G（-）為樣品厚度與探針間距的修正系數(shù) S d D（-）為樣品形狀和測量位置的修正系數(shù) S擴

8、散層方塊電阻測量：當半導體薄層尺寸滿足半無限大平面條件時： V VR口 =-(-)= 4.53 - (3-6) In2 I I若取I= 4。53 I ，則 R值可由V（電壓表）中直接讀出。3 ASTM規(guī)定的硅單晶電阻率的計算方法薄片電阻率計算：根據(jù)ASTM F8473規(guī)定，薄片電阻率按下列計算 W對于0。5-1.0的圓形薄硅片 S V W S = -W·F（ - ）·F（-）·FSD·FT (38) I S D 式中:W-硅片厚度 Cm F(WS)硅片厚度(V)與探針間距之比,而變化的厚度修正因子 F(S/D)-探針間距S與薄片直徑D之比,而變化的修正因

9、子 FSP-探針間距的修正因子系數(shù) RSP1+1.082(1-S2/S) (3-9)式中：S為2，3探針之間間距十次測量平均值。 S為四探什之間十次測量平均值。 FT 溫度修正因子 FT= 1 - CT （T -23） （3-10） 式中：C他可由查表得到。注意：在運用（3-6）式中計算薄片電阻率時，應當改變電流極性。取正反兩次讀數(shù)的平均值。對于W/S <0.4 時, F(W/S)=1 ,可以不必對厚度進行修正(二) 金屬電阻測試原理儀器備有特殊的四端子測試夾,一對紅色夾子為電流測試夾,一對黑色夾子為電壓測試夾.儀器在測量電阻采用了電流 -電壓降法; 即由儀器通過電流測試夾輸出一個精神穩(wěn)

10、定的直流流過被測電阻,產(chǎn)生一個直流電壓降,再由一對電壓測試夾輸入儀器.由儀器顯示出測量值即為 R= V/S (3-7) 由上式可知,只要保證V 和 I的精確度,就可以直接讀出電阻值,達到測量精度.如圖(3-2)所示. V A 圖(3-2) 四端子測量電阻原理 儀器采用四端子法測量電阻,可以有效地消除在測量低電阻時,由于接觸電阻和引線,電阻所帶來的誤差.測量范圍100µ到200.四.儀器結(jié)構(gòu)儀器為臺式結(jié)構(gòu),分為電氣箱,有手動式和電動式兩種測試架組成,可以根據(jù)測試需要安裝在一般工作工作臺上.測試架由探頭及壓力傳動機構(gòu)、樣品臺構(gòu)成。見圖（4-1）所示，探頭采用精密加工，探頭為耐磨材料所構(gòu)成

11、。配用寶石導套使測量誤差大為減少，且壽命長。測試架有專門的屏蔽導線插頭與電氣箱聯(lián)結(jié)。電氣箱為儀器主要電氣部分所在，在其面板上有數(shù)字、小數(shù)點、單位顯示全部操作旋鈕開關，見圖（4-2）表示。 五使用與操作（一）測試準備1將220V電源插頭插入儀器背面的電氣插座，電源開關置于斷開位置。2工作選擇開類置于“斷路”位置，電流開關處于彈出位置；3測試架的屏蔽線插頭與電氣箱的輸入插座連接起來；4測試樣品應進行噴沙和清潔處理5調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度及濕度使之達到要求的測試條件。（二）測量將電源開關置開啟位置，測量選擇開關置于“短路”數(shù)字顯示燈亮，儀器通電預熱半小時。1電阻率、方塊電阻測量將測試探頭插頭插入位置，放好樣品

12、壓下探頭，將測量選擇擇開關置于“測量”位置。極性開關置于開關上方。按照表（5-2）和（5-3）所示選擇適當?shù)碾妷毫砍毯碗娏髁砍踢@時數(shù)字顯示基本上為“0000”，如果末位有數(shù)字，可以旋動調(diào)零電位器使之顯示為“0”，然后將工作方式開關置于“I調(diào)節(jié)”，按入電流開關，旋動電流調(diào)節(jié)旋鈕，使數(shù)字顯示為“1000”值，該值為各電流量程的滿量程值/再將極性開關撥下另一方，使數(shù)字顯示也為1000±1字，退出電流開關，然后將工作開關置于1或6.28(探頭間距離1mm,置于)調(diào)節(jié)電流后,在下一次測量時不必重復以上步驟，只要零位調(diào)好后，按入電源開關，由數(shù)字顯示和小數(shù)點單位顯示直接讀出測量值。如果數(shù)字顯示熄滅

13、，僅 下“1”，表示測量數(shù)值已超過該量程電壓值，可將電壓量程開關撥到更高檔。讀數(shù)后，再將極性開關撥至另一方，可以讀出負極性的測量值，將兩次測量值取平均即為樣品在該處的電阻率值。測量電阻、方塊電阻時，可以按（5-1）所示的電壓和電流量程進行選擇。 電壓（mV） 電阻值電流（mA） 20 200 2000 100 200m220 10 220200 1 20200 2 0120220 001220200 表（5-2）測量電阻率所要求的電流值 電阻率范圍（·Cm 電流檔(mA) <0.01 100 0.001-0.6 10 0.46.0 1 40-100 0.1 800 0.01 根

14、據(jù)國家標準儀器性能,從保證測試精度考慮,在電阻率測試時,推薦用戶采用以下電流電壓量程較適合,見表(5-3)所示 電壓(mV) 電阻率(·Cm)電流 20 200 2000 100mA 10-410-510mA10-2-10-11mA 1-20 10-500.1mA 50-200 1020.01mA 103測試與使用說明：1 工作方式開關的使用（1） 儀器自校：為了校驗電氣箱中數(shù)字電壓表和直流源的精度，儀器內(nèi)部裝有精度為0.02%的標準電阻.若需自校時,可將工作方式開關置于自校位置,按下電流開關,數(shù)字顯示自校值 “199X”(該值由使用說明書給出).自校值誤解差為±4字,如果

15、數(shù)值超差,可以調(diào)節(jié)恒流源板上的微調(diào)電位器,使數(shù)字恢復到 “199X”值.(2) “I調(diào)節(jié)”使用:當工作方式開關置于 “I調(diào)節(jié)”位置,按下電流開關,調(diào)節(jié)“電流調(diào)節(jié)”電位器,即可改變恒流源電流由 0 1000(滿度)連續(xù)可調(diào),并且各量程電流均可按比例跟蹤.一旦調(diào)節(jié)好后,不必每次測量都調(diào)節(jié), “I調(diào)節(jié)”除了能改變恒流源電流外,還可以用來作為相應的修正系數(shù)的輸入.可以使各種復雜的計算化簡,成為直讀測量值(在薄片電阻時要運用厚度修正系數(shù),探針間距修正系數(shù)和溫度修正系數(shù)作為系數(shù)輸入,以下有說明)(3) “1”位置使用:在應用探針間距為1.59mm探頭時,測量電阻率或電阻時使用(4) “6.28”位置的使用

16、: 在應用探針間距為1mm探頭時,測量電阻率或電阻時使用(5) “4.53”位置的使用：提供測量方塊電阻時，將“工作方式開關置于此位置時，可以直讀測量值（ “I調(diào)節(jié)”在“1000”時）。2棒狀塊狀進行由表（5-3）選擇電壓電流量程?！癐調(diào)節(jié)”使I=C ，C 為探針幾何修正系數(shù)，將工作方式開關置于“6.28”位置.按下電流開關,顯示值為測量電阻率值.3.薄片電阻率測量:按測量步驟進行,根據(jù)表(5-3)選擇適當?shù)碾妷汉碗娏髁砍?按(3-4式進行.例: 薄片厚度為 “1mm,探針間距為1.59 mm,直徑D=100 mm,FSP(探針修正系數(shù))為1.002,估計硅片為中阻范圍,測量薄片的電阻率.操作

17、:(1)可按測量步驟進行,將工作方式開關置于 “I調(diào)節(jié)”調(diào)節(jié)電流顯示為1.002(已進行探針間距修正)再將工作方式開關置于 “1”位置,電壓量程開關置于 20mV,電流量程開關置于1mA,按入電流開關測量得1=12.3·Cm,根據(jù)(3-4)式=1·G(W/S),查附表I=W/S=1/1.59mm 0.628·(W/S)=0.448所以,計算=12.3*0.448=5.51·Cm(2)可按工作步驟進行,將工作方式置于 “I調(diào)節(jié)”,將FSP*G(W/S)值分別查出,并計算出積F=G(W/S)*FSP=0.448*1.002=0.449.將電流調(diào)節(jié)為I=0.4

18、49,數(shù)字顯示值直接為薄片電阻率值.例2,以上例子中,若采用探針間距為1mm的探頭時,其他操作步驟均同上,不同的是測量時將工作方式開關由原來”1”位置移向”6.28”處,查G(W.S)系數(shù)時,W/S中,S值將1mm代入.4.方塊電阻測量:按測量步驟進行,電流電壓量程按統(tǒng)表(5-1)選擇,電流調(diào)節(jié)在 “1000”值后,將工作方式開關置于 “4.53”處,使四探針與樣品接觸,調(diào)好零位.按入電流開關.讀出數(shù)值為實際的方塊電阻值(與采用的探針間距無關)5.電阻(V/I)的測量,用四端子測量夾子換下四探針頭.根據(jù)測量步驟進行.由 樣品 電壓夾子 電 流 夾 子 圖（5-1）金屬電阻測量示意圖 表(5-1

19、)選擇合適的電壓電流量程,電流調(diào)節(jié)到 “1000”值,讀出數(shù)值為實際測量的電阻值.6.儀器在中斷測試時應將測量開關置 “短路”位置，電流開關復原。7手動測試架的操作（1）測量薄片或塊狀材料時，將樣裝于轉(zhuǎn)盤上（見圖4-1）（2）測量棒狀材料時樣品轉(zhuǎn)盤及橫向移動板柝下，另裝上備件帶V型槽的臥側(cè)板（3）根據(jù)測試壓力要求，施加合適的壓力。（4）探頭端突出圓柱部分與探頭連接塊套接，并擰緊固定之。（5）調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)盤，使探針處于轉(zhuǎn)盤中心。（6）試片放在樣品轉(zhuǎn)盤中心，取下探針保護帽，操作手柄往下移動，探針側(cè)隨著下降，與試片接觸，控制手柄位置，使探針與試片保持接觸，進行電氣測量。（7）旋動手輪，探頭上升，離開試片。

20、（8）旋動樣品轉(zhuǎn)盤使之偏離中心位置，觀察鋼尺頭，偏離尺寸每隔1200轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)盤就可以對樣片進行多點測量。（9）棒狀材料測量，先按（2）準備；（10）按（6）、（7）步驟操作，進行測量。 注意 1.在以上操作過程中,要防止探針被試樣碰斷. 2.探針接觸試樣時,試樣不能移動.避免損傷或折斷探針; 3.操作手柄下移時不要太快,避免因沖擊損傷試樣或探針; 4.完成測量,要求探針帽套上，隨時注意保護探頭。8電動自動測試架操作（另有說明） 六復校與維修A復校：為了保證儀器測試精度，必須定期（通常為90天或半年）對它進行復校與維修的調(diào)整。當儀器經(jīng)過劇烈震動運輸和濕度沖擊后，或者經(jīng)過維修后，也應進行復校和維護性

21、的調(diào)整。（一） 電氣箱部分：復校步驟如下 1. 儀器按操作步驟，進行通電和自校 1 如果發(fā)現(xiàn)自校誤差較大，而且重合性不好（自校時超過±4字），說明可能某一量程的電壓檔產(chǎn)生了誤差，可按下面步驟進行復校；標準電池檢流計G 電位差計工作電壓 BD86A儀器電壓量程 圖(6-1)電壓量程2V、200mV、20mV校準法（1） 首先校驗電壓量程：常用直流標準儀器法進行校準2V、200mV、20mV檔，如圖（6-1）所示。圖中電位差計可采用UJ-9 、UJ-25型作為直流標準電壓源，由它的未知電壓端EX輸出標準電壓信號，送到半導體電阻率測試儀的電壓端，按2V、200mV, 20mV,次序進行校驗

22、.如儀器顯顯示值與標準值大于規(guī)定值,可將上外殼取下,如圖(6-2)所示.可以相應調(diào)節(jié)電路板上電位器顯示值與標準電壓值誤差:0.1%,這樣電壓量程校驗完畢.11 12 2 1 4 5 9 8 7 3 6 10波濾器電源變壓器 13圖（6-2）儀器電氣箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖1.電源板;2.恒流源電源板;3.恒流源板;4.自校值調(diào)節(jié)電位器;5.單位小數(shù)點譯碼板;6.2V 量程調(diào)節(jié)電位器 7.放大器板 8.200mV量程調(diào)節(jié)電位器9.20 mV量程調(diào)節(jié)電位器10.數(shù)字顯示板11.220V電源輸入插頭插座 12.保險絲 13.機殼 電流量程的校驗：電路接線圖按(6-3)五位數(shù)字電壓表RNNBD-86A儀器 圖

23、（6-3）儀器恒流源電流量程校驗圖圖中 RN精度為0.01%的標準電阻箱可從10-10K范圍內(nèi)可調(diào).操作儀器電流調(diào)節(jié),使儀器顯示為 “1000”,這時各量程電流應為滿量程值輸出,電流通過標準電阻RN產(chǎn)生電壓降為VN=IRN,由五位數(shù)字電壓表輸出,這樣可分別對各量程恒流電流進行校驗.如果發(fā)現(xiàn)在10A量程相差時可以調(diào)節(jié)附在電流量程開關上的電位器使其達到規(guī)定值.(3)自校值校驗:儀器工作方式開關置于 “自?！蔽恢?按入電流開關,儀器應顯示規(guī)定的自校值.如超過±4字時,可以調(diào)節(jié)恒流源板上的調(diào)節(jié)電位器(圖5-2中的4)使之達到原定值.（二）測試探頭復?？砂凑毡緝x器說明書工作原理部分，定期對探針系數(shù)和探頭游移率進行檢測，如超差，可以換上新的探頭芯，進行使用。（三）整機復校（1）本儀器可以按照國際或ASTM84-73規(guī)定的指標和試驗方法進行復校。（2）在條件許可的情況下，可以用經(jīng)過有關計量