DHFC1多功能薄膜特性测试系统使用说明书.docx
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DHFC1多功能薄膜特性测试系统使用说明书
一、概述
DHFC-1型功能薄膜特性测试仪由四探针测试仪和非晶硅薄膜电导率测量仪组成的多用途综合测量装置。
四探针测试仪是运用四探针测量原理，它可以测量片状、块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）、功能材料暗电导和光电导及温度的变化的特性，还可以对金属导体的低、中值电阻进行测量。
四探针测试仪由主机、测试架等部分组成，测试结果由数字表头直接显示。
主机主要由高灵敏度直流数字电压表和高稳定度恒流源组成。
测试探头采用宝石导向轴套和高耐磨碳化钨探针制成，故定位准确、游移率小、寿命长。
非晶硅薄膜电导率测量仪由样品室、温控系统、真空系统、高阻测量系统等部分组成。
仪器具有测量精度高、灵敏度高、稳定性好、测量范围宽、结构紧凑、使用方便等特点。
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的测试
二、技术参数
四探针测试仪：
1、测量范围：
电阻率：
0.001～200Ω.cm；
方块电阻：
0.01～2000Ω/□；
电导率：
0.005～1000s/cm；
电阻：
0.001～200Ω.cm；
2、可测晶片直径：
200mmX200mm
3、探针间距：
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Ф0.5mm；
探针压力：
5～16牛顿（总力）；
4、恒流源:
电流量程分为0.1、1、10、100（mA）四档,各档电流连续可调。
误差<±0.5%
5、数字电压表:
量程：
0-199.99mV;分辨率:
10μV
输入阻抗>1000MΩ：
精度:
±0.1%。
非晶硅薄膜电导率测量仪：
1、本底真空度：
≤10Pa
2、气压可控范围：
10～400Pa
3、衬底加热温度：
室温～200℃
4、指针式高阻计：
电阻测量范围：
1×106～1×1017Ω精度：
±10%
微电流测试：
1×10-5～1×10-14A精度：
±20%
额定电压：
10、100、250、500、1000V精度：
±5%
三、工作原理
测试原理：
直流四探针法测试原理简介如下：
图1、四探针法测量原理图
1、体电阻率测量：
当1、2、3、4四根金属探针排成一直线时，并以一定压力压在半导体材料上，在1、4两处探针间通过电流I，则2、3探针间产生电位差V。
材料电阻率：
1—1
探针系数：
1—2
式中：
S1、S2、S3分别为探针1与2，2与3，3与4之间的距离，S1=S2=S3=1mm，每个探头都有自己的系数。
C≈6.28±0.05，单位为cm。
若电流取I=C时，则ρ＝V，可由数字电压表直接读出。
（a）块状和棒状样品体电阻率测量：
由于块状和棒状样品外形尺寸与探针间距比较，合乎于半无限大的边界条件，电阻率值可以直接由（1—1）式求出。
（b）簿片电阻率测量
簿片样品因为其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：
1—3
式中：
：
为块状体电阻率测量值；
：
为样品厚度（um）；
：
为探针间距（mm）；
：
为样品厚度修正函数，可由附录1A或附录1B查得；
：
为样品形状和测量位置的修正函数，可由附录2查得。
当圆形硅片的厚度满足
＜0.5时，电阻率为：
1—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：
1—5
2、扩散层的方块电阻测量
当半导体薄层尺寸满足于半无限大时：
1—6
若取I＝4.53I0，I0为该电流量程满度值，则R0值可由数字表中直接读出的数乘上10后得到。
四、结构特征
DHFC-1型功能薄膜特性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、测试台、四探针探头、等部分组成，测量数据既可由主机直接显示。
仪器主体部分由高灵敏度直流数字电压表（由调制式高灵敏直流电压放大器、双积分A/D变换器、计数器、显示器组成）、恒流源、电源、DC-DC变换器组成。
为了扩大仪器功能及方便使用，还设立了单位、小数点自动显示电路、电流调节电路。
仪器+12V电源经过DC-DC变换器，由恒流源电路产生一个高稳定度恒定直流电流，其量程分别为100μA、1mA、10mA、100mA五档。
在各档电流量
程中，输出电流值均连续可调。
此恒定电流输送到1、4探针上，在样品上产生一个直流电位差，被2、3探针检出，由高灵敏度、高输入阻抗的直流电压放大器中将直流电压信号放大（放大量程有200mV一档），再经过双积分A/D变换器将模拟量变换为数字量，经由计数器、单位、小数点自动转换电路显示出测量结果。
图一、测试台
图一、测试仪
1、电源开关2、电流调节细调旋钮
3、电流调节粗调旋钮4、电流换向开关
5、测试信号输入6、数字电压表
7、数字电流表8、电流输出量程转换开关
五、使用方法：
DHFC-1型功能薄膜特性测试仪能够测量普通电阻器的电阻（V/I之比，不乘系数）、体电阻率、薄片电阻率、扩散层的方块电阻，（后三项需乘上不同的系数）。
1.操作概述：
（1）、测试准备：
将220V电源插头插入电源插座，电源开关置于断开位置，工作选择开关置于“短路”位置。
（2）、将测试架的插头与主机的输入插座连接起来，松开测试架立柱处的高度调节手轮，将探头调到适当位置和高度，测试样品应进行喷砂和清洁处理，放在样品架上，使探针能与其表面良好接触，并保持一定压力；调节室内温度使之达到要求的测试条件。
2．测量：
将电源开关置于开启位置，数字显示亮，仪器通电预热30分钟。
将电流极性开关拨至左方，拨动电流量程开关，置于样品测量所适合的电流量程范围，电流调节电位器调到适合的电流值，检查数字电压表是否显示为“000.00”，调节电流调节开关输出恒定电流，即可由数字电流表和单位显示灯直接读出电流值。
再通过电压表读出测量值。
如果数字出现闪烁，则表示测量值已超过此电压量程，应将输出电流值量程开关拨到更低档；同时调节合适的电流。
将极性开关拨至右方（负极性）从数字显示板和单位显示灯可以读出负极性的测量值；将两次测量获得的电阻率值取平均，即为样品在该处的电阻率值。
测量电阻、方块电阻时，可以按表1所示的电压、电流量程进行选择。
电流\电阻\电压
200mv
100mA
2Ω
10mA
20Ω
1mA
200Ω
100μA
2000Ω
表1电阻及薄层电阻测量时电压、电流量程选择
测量电阻率时，预估的样品电阻率范围和应选择的电流范围对应关系如表
2所示。
电阻率范围（Ω-cm）
电流档
＜0.012
100mA
0.008-0.6
10mA
0.4-60
1mA
40-1200
100μA
表2测量电阻率所要求的电流值
3．棒状、块状样品电阻率测量，按测量步骤进行，由表3选择电压电流量程。
若将电流I值调节到与C相等，（C≈6.28。
C为探针修正系数。
）则ρ=V，显示值等于样品的电阻率值。
4.薄片电阻率测量，按测量步骤进行，根据表3选择电压和电流量程。
当薄片厚度>0.5mm时，按公式（1-3）计算ρ。
当薄片厚度<0.5mm时，按公式（1-4）计算ρ。
5.方块电阻测量，按测量步骤进行。
电流电压量程按表1选择，当将恒流源输出电流I值调至等于4.53时，此时从数字表上读出的数值再乘上10即为实际的方块电阻值。
6.电阻（V/I）测量，用四端子测量线作输入线，按图5所示夹持好样品，按测量步骤进行；由表1选择适合的电流量程；再调节电流调节，将电流值调到该量程满度值（10.000）；再转至测量位置，此时数字表上读出的数值为样品的电阻值。
⑺仪器在中断测试时应将工作选择开关置于“断”位置。
附录A：
样品厚度修正系数
样品厚度较薄：
=0.001～0.58
W：
样品厚度（μm）；S：
探针间距（mm）
W/S
W
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0.09
0.10
0.11
0.12
0.13
0.14
0.15
0.16
0.17
0.18
0.19
0.20
0.21
0.22
0.23
0.24
0.25
0.26
0.27
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
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260
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.165
.172
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.187
.194
.201
附录A：
样品厚度修正系数
样品厚度较薄：
=0.001～0.58
W：
样品厚度（μm）；S：
探针间距（mm）
W/S
W
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0.28
0.29
0.30
0.31
0.32
0.33
0.34
0.35
0.36
0.37
0.38
0.39
0.40
0.41
0.42
0.43
0.44
0.45
0.46
0.47
0.48
0.49
0.50
0.51
0.52
0.53
0.54
0.55
0.56
0.57
0.58
280
290
300
310
320
330
340
350
360
370
380
390
400
410
420
430
440
450
460
470
480
490
500
510
520
530
540
550
560
570
580
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.394
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.408
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.422
附录B：
样品厚度修正系数
样品厚度较薄：
=0.01～1.5
W：
样品厚度（μm）；S：
探针间距（mm）
W/S
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0.09
0.00
0.0000
0.0072
0.0144
0.0216
0.0289
0.0361
0.0433
0.0505
0.0577
0.0649
0.10
0.0721
0.0794
0.0866
0.0938
0.1010
0.1082
0.1154
0.1226
0.1298
0.1371
0.20
0.1443
0.1515
0.1587
0.1659
0.1731
0.1803
0.1875
0.1948
0.2020
0.2092
0.30
0.2164
0.2236
0.2308
0.2380
0.2452
0.2524
0.2596
0.2668
0.2740
0.2812
0.40
0.2884
0.2956
0.3027
0.3099
0.3171
0.3242
0.3313
0.3385
0.3456
0.3526
0.50
0.3597
0.3668
0.3738
0.3808
0.3878
0.3948
0.4018
0.4087
0.4156
0.4224
0.60
0.4293
0.4361
0.4429
0.4496
0.4563
0.4630
0.4696
0.4762
0.4827
0.4892
0.70
0.4957
0.5021
0.5085
0.5148
0.5210
0.5273
0.5334
0.5396
0.5456
0.5516
0.80
0.5576
0.5635
0.5694
0.5751
0.5809
0.5866
0.5922
0.5978
0.6033
0.6087
0.90
0.6141
0.6194
0.6247
0.6299
0.6351
0.6402
0.6452
0.6501
0.6551
0.6599
1.00
0.6647
0.6694
0.6741
0.6787
0.6833
0.6877
0.6922
0.6965
0.7009
0.7051
1.10
0.7093
0.7134
0.7175
0.7215
0.7255
0.7294
0.7333
0.7371
0.7408
0.7445
1.20
0.7482
0.7518
0.7553
0.7589
0.7622
0.7656
0.7689
0.7122
0.7754
0.7786
1.30
0.7817
0.7848
0.7879
0.7908
0.7938
0.7967
0.7996
0.8024
0.8052
0.8079
1.40
0.8106
0.8132
0.8158
0.8184
0.8209
0.8234
0.8258
0.8282
0.8306
0.8329
1.50
0.8352
0.8375
0.8397
0.8419
0.8441
0.8462
0.8483
0.8503
0.8524
0.8544
附录C:
形状和测量位置的修正系数
（1）圆形薄片
直径d
（mm）
探针位置
距圆心位置
距圆心边缘位置
0mm
1/4d
5mm
4mm
3mm
2mm
20
0.9788
0.9633
0.9633
0.9508
0.9263
0.8702
23
0.9839
0.9719
0.9662
0.9538
0.9295
0.8739
25
0.9863
0.9761
0.9677
0.9553
0.9312
0.8758
27
0.9882
0.9794
0.9688
0.9565
0.9325
0.8773
30
0.9904
0.9832
0.9702
0.9580
0.9342
0.8793
32
0.9916
0.9852
0.9709
0.9588
0.9351
0.8804
35
0.9929
0.9876
0.9718
0.9598
0.9362
0.8817
38
0.9940
0.9894
0.9725
0.9606
0.9371
0.8829
40
0.9946
0.9904
0.9729
0.9610
0.9377
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