DB86A说明书资料.docx
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DB86A说明书资料
STZ-8半导电型号鉴别仪简介
STZ—8型半导体导电型号鉴别仪是为了鉴别硅单晶材料的导电类型“P”和“N”的测量仪器，是采用温差效应和整流效应两种方法相结合综合性的测量导电型号仪器。
测量范围广，所测硅材料的电阻率从10-4Ω-cm∽108Ω---cm，仪器采用高灵敏度放大电路和判别电路，将材料上的微弱信号放大，判别出不同型号材料后，用“P”、“N”数码直接显示，仪器采用手持式探针探头，使用简单、操作方便且寿命长，仪器适合半导体材料厂、器件厂和科研部门的需要。
主要技术指标
1．测量范围：
硅单晶材料电阻率10-4Ω—cm∽103Ω—cm
温差法10-4Ω—cm-1Ω—cm
整流法10-1Ω—cm∽103Ω—cm
2．可测量材料：
半导体硅棒和硅片Φ15--Φ150mm以上
3．显示方式：
P、N灯显示
4．测试探头：
手持式三探针间距5mm，探针直径Φ1mm高速钢
5．仪器尺寸：
100mm×260mm×260mm
BD-86A型半导体电阻率测试仪
一．概述
BD-86A型半导体电阻率测试仪是根据四探针原理，作为普及型半导体电阻率测试仪器适合半导体器材厂、材料厂用于测量半导体材料（片状、棒状）的体电阻率，方块电阻（薄层电阻）；也可以用作测量金属薄层电阻。
经过对用户、半导体厂测试的调查，根据美国ASTM标准的规定，在电路和探头方面作了重大的修改和技术上的许多突破。
它更适合于半导体器材厂工艺检测方面对中值、高阻硅、锗材料方块电阻和体电阻率的测量需要，成为普及型的电阻率测试仪，具有测量精度高、稳定性好、输入阻抗高、使用方便、价格低廉等特点。
仪器分为电气箱和测试架两部分，仪器电气箱由直流数字电压表、高抗干扰、高度隔离性能的电源变换装置，高稳定、高精度的恒流源所组成。
测量结果由LED数字显示、零位稳定、输入组抗高，仪器并设有自校功能，在片状材料测试时，具有系数修正功能，使用方便、测试架结构新颖、外形美观，探针为合金材料，配用宝石导向，具有测量精度高、游移率小、耐磨和寿命长的特点，而且压力可调恒定，备有手动探针测试台，自动控针测试台，供用户选择。
本仪器为国内最新研制出的普及型半导体电阻率测试仪器，特别适合于薄片材料测量。
二．仪器主要技术指标；
1．测量范围：
电阻率10-3∽103分辩率为10-4Ω—cm，可扩展到105Ω—cm
方块电阻10-2Ω/104Ω/□，分辩率为10-3Ω/□，可扩展到108Ω/□
薄层金属电阻10-4∽105Ω，分辩率为10-4Ω—cm
2．可调半导体材料尺寸：
直径：
Φ15∽Φ100mm
长度：
150mm
3．测量方式：
轴向、断面均可
4．数字电压表：
（1）量程：
20mV（分辩率：
10μV）、
200mV（分辩率：
100μV）、
2V（分辩率：
1mV）、
（2）测量误差：
±0.3%读数±2字
（3）输入阻抗:
大于108Ω
（4）显示31/2位红色发光二极管（LED）数字显示,
0∽1999.具有极性、过载、小数点、单位自动显示
5．恒流源：
由交流供电，具有良好的防泄漏隔离功能
（1）直流电流：
0∽100mA连续可调
（2）量程：
10μA、100μA、1mA、10mA、100mA
（3）分辩率：
10μA、0.1μA、1μA、10μA、0.1mA
（4）电流误差:
（±0.3%读数±2字）
6.电性能模考核误差:
<±0.3%符合ASTM指标
7.测试探头:
（1）探针间距：
S=1mm
（2）探针机械游移率:
±0.3%
（3）（3）压力恒定可调
8.电源:
交流220V±10%50HZ或60HZ功率消耗<30W
9.电气箱外形尺寸:
199×440×280mm
三．工作原理
（一）直流四探针测试法测试原理简介如下：
1．体电阻率测量
1234
S1S2S3
图（3-1）四探针法测量原理图
当1、2.、3、4根金属探针排成一直线时,并以一定压力在半导体材料上,在1、4两处探针间通过电流I，则2、3探针间产生半导体材料上。
V
材料电阻率ρ=---------·（Ω·Cm）（3-1）
I
式中C为探针系数，由探针几何位置决定
当试样电阻率分布均匀，试样尺寸满足无限大条件时
V1111
ρ==2π----（---+------------------）（3-2）
IS1S3S1+S2S2+S3
式中：
S1、S2、S3分别为探针1与2，2与3，3与4之间距
当S1=S2=S3=1mm时，C=2π
若电流取I=C时，则ρ==V可由数字电压表直接读出。
（1）块状和棒状样品外形尺寸与探针间距比较，合乎计无限大的边界条件，电阻率可以直接由（3-1），（3-2）式求出。
（2）薄片电阻率测量
薄片样品因为厚度与探针间距比较，不能忽略，测量时要提供样品的厚度、形状和测量位置的修正系数。
电阻率值可由下面公式得出：
VWdWd
ρ==2πS----G（---）D（----）=ρ0G（---）D（----）I
ISSSS
式中，ρ0为块状全电阻率测量值
W
G（-----）为样品厚度与探针间距的修正系数
S
d
D（-----）为样品形状和测量位置的修正系数
S
扩散层方块电阻测量：
当半导体薄层尺寸满足半无限大平面条件时：
πVV
R口=--------（-------）==4.53-----（3-6）
In2II
若取I=4。
53I，则R值可由V（电压表）中直接读出。
3．ASTM规定的硅单晶电阻率的计算方法
薄片电阻率计算：
根据ASTMF84—73规定，薄片电阻率按下列计算
W
对于0。
5≤------≤1.0的圆形薄硅片
S
VWS
ρ==----W·F（---）·F（----）·FSD·FT（3—8）
ISD
式中:
W---硅片厚度Cm
F（W\S）—硅片厚度（V）与探针间距之比,而变化的厚度修正因子
F（S/D）---探针间距S与薄片直径D之比,而变化的修正因子
FSP---探针间距的修正因子系数
RSP—1+1.082（1-S2/S）（3-9）
式中：
S为2，3探针之间间距十次测量平均值。
S为四探什之间十次测量平均值。
FT温度修正因子FT=1-CT（T-23）（3-10）
式中：
C他可由查表得到。
注意：
在运用（3-6）式中计算薄片电阻率时，应当改变电流极性。
取正反两次读数的平均值。
对于W/S<0.4时,F（W/S）=1,可以不必对厚度进行修正
（二）金属电阻测试原理
仪器备有特殊的四端子测试夹,一对红色夹子为电流测试夹,一对黑色夹子为电压测试夹.仪器在测量电阻采用了电流---电压降法;;即由仪器通过电流测试夹输出一个精神稳定的直流流过被测电阻,产生一个直流电压降,再由一对电压测试夹输入仪器.由仪器显示出测量值即为R=V/S（3-7）
由上式可知,只要保证V和I的精确度,就可以直接读出电阻值,达到测量精度.如图（3-2）所示.
V
A
图（3-2）四端子测量电阻原理
仪器采用四端子法测量电阻,可以有效地消除在测量低电阻时,由于接触电阻和引线,电阻所带来的误差.测量范围100µΩ到200ΚΩ.
四.仪器结构
仪器为台式结构,分为电气箱,有手动式和电动式两种测试架组成,可以根据测试需要安装在一般工作工作台上.测试架由探头及压力传动机构、样品台构成。
见图（4-1）所示，探头采用精密加工，探头为耐磨材料所构成。
配用宝石导套使测量误差大为减少，且寿命长。
测试架有专门的屏蔽导线插头与电气箱联结。
电气箱为仪器主要电气部分所在，在其面板上有数字、小数点、单位显示全部操作旋钮开关，见图（4-2）表示。
五．使用与操作
（一）测试准备
1．将220V电源插头插入仪器背面的电气插座，电源开关置于断开位置。
2．工作选择开类置于“断路”位置，电流开关处于弹出位置；
3．测试架的屏蔽线插头与电气箱的输入插座连接起来；
4．测试样品应进行喷沙和清洁处理
5．调节室内温度及湿度使之达到要求的测试条件。
（二）测量
将电源开关置开启位置，测量选择开关置于“短路”数字显示灯亮，仪器通电预热半小时。
1．电阻率、方块电阻测量
将测试探头插头插入位置，放好样品压下探头，将测量选择择开关置于“测量”位置。
极性开关置于开关上方。
按照表（5-2）和（5-3）所示选择适当的电压量程和电流量程‘这时数字显示基本上为“0000”，如果末位有数字，可以旋动调零电位器使之显示为“0”，然后将工作方式开关置于“I调节”，按入电流开关，旋动电流调节旋钮，使数字显示为“1000”值，该值为各电流量程的满量程值/再将极性开关拨下另一方，使数字显示也为1000±1字，退出电流开关，然后将工作开关置于1或6.28（（探头间距离1mm,置于）
调节电流后,在下一次测量时不必重复以上步骤，只要零位调好后，按入电源开
关，由数字显示和小数点单位显示直接读出测量值。
如果数字显示熄灭，仅下
“1”，表示测量数值已超过该量程电压值，可将电压量程开关拨到更高档。
读数后，再将极性开关拨至另一方，可以读出负极性的测量值，将两次测量值取平均即为样品在该处的电阻率值。
测量电阻、方块电阻时，可以按（5-1）所示的电压和电流量程进行选择。
电压（mV）
电阻值
电流（mA）
20
200
2000
100
200mΩ
2Ω
20Ω
10
2Ω
20Ω
200Ω
1
20Ω
200Ω
2ΚΩ
0．1
20Ω
2ΚΩ
20ΚΩ
0．01
2ΚΩ
20ΚΩ
200ΚΩ
表（5-2）测量电阻率所要求的电流值
电阻率范围（Ω·Cm
电流档（mA）
<0.01
100
0.001---0.6
10
0.4—6.0
1
40--100
0.1
›800
0.01
根据国家标准仪器性能,从保证测试精度考虑,在电阻率测试时,推荐用户采用以下电流电压量程较适合,见表（5-3）所示
电压（mV）
电阻率（Ω·Cm）
电流
20
200
2000
100mA
10-4—10-5
10mA
10-2---10-1
1mA
1-20
10--50
0.1mA
50-200
102
0.01mA
103
测试与使用说明：
1．工作方式开关的使用
（1）仪器自校：
为了校验电气箱中数字电压表和直流源的精度，仪器内部装有精度为0.02%的标准电阻.
若需自校时,可将工作方式开关置于自校位置,按下电流开关,数字显示自校值“199X”（该值由使用说明书给出）.自校值误解差为±4字,如果数值超差,可以调节恒流源板上的微调电位器,使数字恢复到“199X”值.
（2）“I调节”使用:
当工作方式开关置于“I调节”位置,按下电流开关,调节
“电流调节”电位器,即可改变恒流源电流由0–1000（满度）连续可调,并且各量程电流均可按比例跟踪.一旦调节好后,不必每次测量都调节,“I调节”除了能改变恒流源电流外,还可以用来作为相应的修正系数的输入.可以使各种复杂的计算化简,成为直读测量值（在薄片电阻时要运用厚度修正系数,探针间距修正系数和温度修正系数作为系数输入,以下有说明）
（3）“1”位置使用:
在应用探针间距为1.59mm探头时,测量电阻率或电阻时使用
（4）“6.28”位置的使用:
在应用探针间距为1mm探头时,测量电阻率或电阻时使用
（5）“4.53”位置的使用：
提供测量方块电阻时，将“工作方式开关置于此位置时，可以直读测量值（“I调节”在“1000”时）。
2．棒状块状进行由表（5-3）选择电压电流量程。
“I调节”使I=C，C为探针几何修正系数，将工作方式开关置于“6.28”位置.按下电流开关,显示值为测量电阻率值.
3.薄片电阻率测量:
按测量步骤进行,根据表（5-3）选择适当的电压和电流量程,按（3-4式进行..
例:
薄片厚度为“1mm,探针间距为1.59mm,直径D=100mm,FSP（探针修正系数）为1.002,估计硅片为中阻范围,测量薄片的电阻率.
操作:
（1）可按测量步骤进行,将工作方式开关置于“I调节”调节电流显示为1.002（已进行探针间距修正）再将工作方式开关置于“1”位置,电压量程开关置于20mV,电流量程开关置于1mA,按入电流开关测量得ρ1==12.3Ω·Cm,根据（3-4）式ρ=ρ1·G（W/S）,查附表I=W/S=1/1.59mm0.628·α（W/S）=0.448
所以,计算ρ=12.3*0.448=5.51Ω·Cm
（2）可按工作步骤进行,将工作方式置于“I调节”,将FSP*G（W/S）值分别查出,并计算出积F=G（W/S）*FSP=0.448*1.002=0.449.将电流调节为I=0.449,数字显示值直接为薄片电阻率值.
例2,以上例子中,若采用探针间距为1mm的探头时,其他操作步骤均同上,不同的是测量时将工作方式开关由原来”1”位置移向”6.28”处,查G（W.S）系数时,W/S中,S值将1mm代入.
4.方块电阻测量:
按测量步骤进行,电流电压量程按统表（5-1）选择,电流调节在“1000”值后,将工作方式开关置于“4.53”处,使四探针与样品接触,调好零位.按入电流开关.读出数值为实际的方块电阻值（与采用的探针间距无关）
5.电阻（V/I）的测量,用四端子测量夹子换下四探针头.根据测量步骤进行.由
电流夹子
图（5-1）金属电阻测量示意图
表（5-1）选择合适的电压电流量程,电流调节到“1000”值,读出数值为实际测量的电阻值.
6.仪器在中断测试时应将测量开关置“短路”位置，电流开关复原。
7．手动测试架的操作
（1）测量薄片或块状材料时，将样装于转盘上（见图4-1）
（2）测量棒状材料时样品转盘及横向移动板柝下，另装上备件带V型槽的卧侧板
（3）根据测试压力要求，施加合适的压力。
（4）探头端突出圆柱部分与探头连接块套接，并拧紧固定之。
（5）调节转盘，使探针处于转盘中心。
（6）试片放在样品转盘中心，取下探针保护帽，操作手柄往下移动，探针侧随着下降，与试片接触，控制手柄位置，使探针与试片保持接触，进行电气测量。
（7）旋动手轮，探头上升，离开试片。
（8）旋动样品转盘使之偏离中心位置，观察钢尺头，偏离尺寸每隔1200转动转盘就可以对样片进行多点测量。
（9）棒状材料测量，先按
（2）准备；
（10）按（6）、（7）步骤操作，进行测量。
注意1.在以上操作过程中,要防止探针被试样碰断.
2.探针接触试样时,试样不能移动.避免损伤或折断探针;
3.操作手柄下移时不要太快,避免因冲击损伤试样或探针;
4.完成测量,要求探针帽套上，随时注意保护探头。
8．电动自动测试架操作（另有说明）
六．复校与维修
A复校：
为了保证仪器测试精度，必须定期（通常为90天或半年）对它进行复校与维修的调整。
当仪器经过剧烈震动运输和湿度冲击后，或者经过维修后，也应进行复校和维护性的调整。
（一）电气箱部分：
复校步骤如下1.仪器按操作步骤，进行通电和自校
1．如果发现自校误差较大，而且重合性不好（自校时超过±4字），说明可能某一量程的电压档产生了误差，可按下面步骤进行复校；
图（6-1）电压量程2V、200mV、20mV校准法
（1）首先校验电压量程：
常用直流标准仪器法进行校准2V、200mV、20mV档，如图（6-1）所示。
图中电位差计可采用UJ-9、UJ-25型作为直流标准电压源，由它的未知电压端EX输出标准电压信号，送到半导体电阻率测试仪的电压端，按2V、200mV,20mV,次序进行校验.如仪器显显示值与标准值大于规定值,可将上外壳取下,如图（6-2）所示.可以相应调节电路板上电位器显示值与标准电压值误差:
0.1%,这样电压量程校验完毕.
11
12
2
13
图（6-2）仪器电气箱内部结构示意图
1.电源板;2.恒流源电源板;3.恒流源板;4.自校值调节电位器;5.单位小数点译码板;
6.2V量程调节电位器7.放大器板8.200mV量程调节电位器9.20mV量程调节电位器10.数字显示板11.220V电源输入插头插座12.保险丝13.机壳
电流量程的校验：
电路接线图按（6-3）
图（6-3）仪器恒流源电流量程校验图
图中RN精度为0.01%的标准电阻箱可从10Ω--10KΩ范围内可调.操作仪器电流调节,使仪器显示为“1000”,这时各量程电流应为满量程值输出,电流通过标准电阻RN产生电压降为VN==IRN,由五位数字电压表输出,这样可分别对各量程恒流电流进行校验.如果发现在10μA量程相差时可以调节附在电流量程开关上的电位器使其达到规定值.
（3）自校值校验:
仪器工作方式开关置于“自校”位置,按入电流开关,仪器应显示规定的自校值.如超过±4字时,可以调节恒流源板上的调节电位器（图5-2中的4）使之达到原定值.
（二）测试探头复校
可按照本仪器说明书工作原理部分，定期对探针系数和探头游移率进行检测，如超差，可以换上新的探头芯，进行使用。
（三）整机复校
（1）本仪器可以按照国际或ASTM84-73规定的指标和试验方法进行复校。
（2）在条件许可的情况下，可以用经过有关计量部门认可颁发的较好的标准样块进行调试；均匀性和稳定性优于1%，可作为粗略的参考校验。
B．维修
此仪器属于高灵敏的精密半导体测量仪器。
用户不得擅自拆修。
仪器在出厂一年内电气部分有自然故障，由生产单位负责修理，超过一年，修理费用由用户承担。
仪器的维修可根据工作原理进行。
故障情况和原因是多种多样的。
现只能简述如下：
1.测量选择开关置于“短路”，显示稳定，零位调节有效（这时“工作方式”天关应拨离“I调节”和自校位置。
这两档是无法调零的），则电压部分其本正常。
探头接入，并接触样品，再将工作选择开关置于“测量”显示值乱跳，不稳定，则可能是电位探头端导线断开或者电位探针与样品未接触好，应检查探头部分和探头的电缆插头、接线。
2.测量开关置于“短路”,显示数值乱跳,可能是工作方式开关开路,输入导线开路或反馈导线脱开.如不是上述故障,可进一步检查放大器和数字表电路是否发生故障.
3.“工作开关”置于“自校”或“I调节”位置.按下电流开关,数字显示乱跳,呈现过载闪烁,可能是操作者未按照表（5-4）中所规定的电流、电压量程操作造成。
如果无数字显示，则检查恒流源板是否有故障。
4.当样品与探针接触良好，测量选择开关置于“测量”，数字显示稳定，调零后，按下电流开关，数字显示无变化，则检查电流探针及其它导线]插头是否断开，并检查恒流源电路是否有故障。
5．电源开关开启时，数码管不亮，检查仪器后面板上保险丝座是否烧断或接触不良，DC-DC变换器是否有轻微叫声。
如无叫声，可检查电源板12V输出是否正常。
DC-DC电路是否正常，输出±5V是否正常。
6．探头输入插座：
见图（6-4）
电压端子
电流端子
图6-4输入插座图
附件：
1。
仪器使用说明书一份2。
电流、电压测试线各一根
3．仪器电源线一根4。
电压测试校验线一根。
5．四端子卧侧板一块6。
四探针测试探头一个
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