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四探针技术使用说明书
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一、概述

BEST-300C型材料电导率测试仪是运用四探针测量原理测试试导体、半导体材料电阻率/方阻的多用途综合测量仪器。该仪器设计符合单晶硅物理测试方法国家标准并参考美国 A.S.T.M 标准。

仪器成套组成:由主机、选配的四探针探头和测试台等三部分组成。

主机主要由数控恒流源,高分辨率ADC、嵌入式单片机系统组成。自动/手动量程可选;电阻率、方阻、电阻测试类别快捷切换:仪器所有参数设定、功能转换全部采用数字化键盘输入,简便可靠;具有零位、满度自校功能;测试结果由数字表头直接显示。本测试仪采用可充电锂电池供电,适合手持式变动场合操作使用!

探头选配:根据不同材料特性需要,探头可有多款选配。有高耐磨碳化钨探针探头,以测试硅类半导体、金属、导电塑料类等硬质材料的电阻率/方阻;也有球形镀金铜合金探针探头,可测柔性材料导电薄膜、金属涂层或薄膜、陶瓷或玻璃等基底上导电膜(ITO膜)或纳米涂层等半导体材料电阻率/方阻换上四端子测试夹具,还可对电阻器体电阻、金属导体的低、中值电阻以及开关类接触电阻进行测量。配专用探头,也可测试电池极片等箔上涂层电阻率方阻。

仪器具有测量范围宽、精度高、灵敏度高、稳定性好、智能化程度高、外形美观、使用简便等特点。

仪器适用于半导体材料厂器件厂、科研单位、高等院校对导体、半导体、类半导体材料的导电性能的测试。

二、技术参数

1. 测量范围、分辨率(括号内为拓展量程,可定制)

电    阻:10.0×10-6 ~ 200.0×103  Ω,    分辨率1.0×10-6 ~ 0.1×103  Ω

         (1.0×10-6 ~ 20.00×103  Ω,    分辨率0.1×10-6 ~ 0.01×103 Ω)

电 阻 率:10.0×10-6 ~ 200.0×103 Ω-cm   分辨率1.0×10-6 ~ 0.1×103  Ω-cm

         (1.0×10-6 ~ 20.00×103 Ω-cm  分辨率0.1×10-6 ~ 0.01×103 Ω-cm)

方块电阻:50.0×10-6 ~ 1.0×106 Ω/□    分辨率5.0×10-6 ~ 0.5×103  Ω/□

         (5.0×10-6 ~ 100.0×103 Ω/□  分辨率0.5×10-6 ~ 0.1×103  Ω/□)

2. 材料尺寸(由选配测试台和测试方式决定)

直    径: SZT-A圆测试台直接测试方式 Φ15~130mm,手持方式不限

SZT-B/C/F方测试台直接测试方式180mm×180mm,手持方式不限.

长(高)度:  测试台直接测试方式 H≤100mm,    手持方式不限.

4. 数字电压表:

⑴量程: 20.00mV

⑵误差:±0.2%FSB±2LSB

⑶大分辨力:1.0µV

显示: 4位数字显示,小数点自动显示

5. 数控恒流源

⑴电流输出:直流电流0.1µA~1.0A,系统自动调整。

 

⑵误差:±0.2%FSB±2LSB

6. 四探针测试探头:

有选配的型号确定,详见《不同半导体材料电阻率/方阻测试的四探针探头和测试台选配方法》

7. 电源:

功 耗:< 15W,输入:220V±10%   50Hz±2%

8. 本仪器工作条件为:

温    度:    0-40℃

相对湿度:    ≥60%

工作室内应无强电磁场干扰,不与高频设备共用电源。

9. 外形尺寸:

主机  245mm(长)×220 mm(宽)×95mm(高)

 

三、工作原理

*****电阻率与方阻概念******:

电阻率:当某种材料截成正方体时,平行对面间的电阻值只与材料的类别有关,而与正方形边长无关,这种单位体积的阻值可反映材料的导电特性,称为电阻率(体电阻率),记为:ρ,标准单位:Ω-m,常用单位Ω-cm.

方块电阻:薄膜类导体、半导体材料截成薄层正方形时,平行对边间的电阻值只与材料的类别(电阻率)和厚度有关,而与正方形边长无关,这种单位面积的对边间的阻值可反映薄膜的导电特性和厚度信息,称为方块电阻,简称方阻。记为:R□,标准单位:Ω/□

 

四、使用方法

BEST-300C测试仪能够测量半导体材料体电阻率ρ、方块电阻(薄片电阻率)R以及体电阻R,测量时需调整相应的修正系数和选择相应的功能。

本产品不但提供了电阻率ρ、方块电阻R以及体电阻R测试的基本修正系数设定,还提供了产品厚度G、外形和测试位置的修正系数D设定,极大的提高了测试精度。测试类别的快捷选择方式,方便了用户同时测试多个参数,提高测试效率。

4.1 操作概述:

1)测试准备:

对于电阻器类样品,用四端子测试线按照图5-1连接好样品,对于半导体材料,测试前表面应进行必要的处理。如图5-2,对于硅材料要进行喷砂或清洁处理,对于薄膜类的要保持表面清洁,必要的要进行清洁。样品放在平整的台面上。将测试探头的插头与主机的输入插座连接起来,连接好探头和主机。将电源开关置于开启位置,数字显示亮。仪器醉好预热15分钟以上,增加读数稳定性。

 

(3)测量数据

在设定模式下(设定完毕,保存好数据后),选择测量类别(电阻率ρ、方块电阻(薄片电阻率)R或体电阻R中三选一,切换仪器到“测量”模式,窗口左侧“测量”模式灯亮。电阻测量,注意良好接触,电压测试端在内侧;半导体参数测试,将探针与样品良好接触,注意压力要适中;由数字显示窗直接读出测量值。

    注意!测量状态中,电流量程默认为自动方式,也可调整为手动方式,手动方式下,电流量程适合的,仪器会稳定显示数据,电流量程不适合的会给出超量程或欠量程闪烁提示,对于超量程,说明电流过大,要调到较小电流档;对于欠量程,说明电流过小,要调到较大电流档。

4.2.设定修正系数注意事项:参照表5.1和附表1和附表2

(1) 电阻测量:

设定R=1.000。,其他可以忽略。只读结果。

(2) 棒状、块状样品电阻率测量,符合半无穷大的边界条件:

        设定电阻率基本系数C,参照表5.1, 厚度修正G=1.000,形状位置修正D=1.000,只读结果。

(3) 薄片电阻率测量:

当薄片厚度与针距比W/S>0.5时, 设定电阻率基本系数C,参照表5.1,厚度修正G<1.000,形状位置修正D<1.000,具体值G(W/S)和D(d/S)要查附表1和附表2,只读结果。

当薄片厚度与针距比W/S<0.5时,可以先测方阻,再人工计算厚度和位置形状修正。

        电阻率ρ=R×W×D(d/S),式中W:样品厚度(cm), D(d/S)查附表2。

(4) 方块电阻测量:

设定电阻率基本系数□:,参照表5.1,厚度修正G忽略,形状位置修正D<1.000, D(d/S)要查附表2,只读结果。

 

(3)数据输入规则说明及示例

(a) 修正系数   

在半导体类电阻率或方阻测试中,如果修正系数计算值远小于1,为了显示读取更多有效数字,数据输入可采用准科学记数法,即有效数字取0.100≤X≤1.000,指数(单位)取值10-3~103

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