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四探针说明书

SZT-2C四探针测试仪

使用说明书

一概述

SZT-2C型数字式四探针测试仪是运用四线法测量原理的多用途综合测量装置，配上专用的四探针测试架，即可以测量片状，块状或柱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）。

四探针测试架有电动，手动，手持三种可以选配，另外还配有四个夹子的四线输入插头用来作为测量线状或片状电阻的中，低阻阻值。

仪器由主机，测试架等部份组成，测试结果由液晶显示器显示，同时，液晶显示器还显示测量类型（电阻率，方块电阻和电阻）;探头修正系数和温度值，用来监测仪器使用时的环境温度。

主机由开关电源，DC/DC变换器，高灵敏度电压测量部份，高稳定度恒流源，和微电脑控制系统组成。

由於采用大规模集成电路，所以仪器可靠性高，测量稳定性好。

测试探头采用宝石导向轴套和高硬度钢针，定位准确，游移率小，使用寿命长。

仪器适用於半导体材料厂，半导体器件厂，科研单位，高等院校对半导体材料电阻性能的测试。

本仪器工作条件为：

使用温度：

23℃±3℃

相对湿度：

50%~70%

工作室内应无强磁场干扰，不与高频设备共用电源，

二，技术参数

1，测量范围

电阻率：

10⁻⁴-106Ω-cm

方块电阻10⁻⁴-106Ω/□

电阻10-⁴-106Ω

2，可测半导体材尺寸

直径：

Ф5-250mm

长（或高）度：

≤400mm（如配探笔可以测量任意长度）

3，测量方位

轴向，径向均可

4，数字电压表：

（1）量程：

20mV,200mV,2V

（2）误差：

±0.1%读数±2字

（3）输入阻抗:

>10⁸Ω

（4）最大分辨率:

10μV

（5）点阵液晶显示，过载显示。

5，恒流源：

（1）电流输出：

共分10μA,100uA,1mA,10mA,100mA六挡可通过按键选择，各挡均为定值不可调节，电阻率探头修正系和扩散层方块电阻修正系数均由机内CPU运算后，直接显示修正后的结果。

（2）误差：

±0.5%±2字，在使用1μA恒流电流输出时为±0.5%±5字

6,四探针测试头;

（1）探针间距:

1mm

（2）探针机械游移率:

±1.0%

（3）探针材料:

碳化钨,Ф0.5mm

（4）0-2Kg可调,最大压力约2Kg

7，温度传感器；

本仪器增加了高精度的温度传感器，以监测仪器使用时的环境温度。

温度测量的范围；+99℃—-55℃

温度测量的精度；±0.5℃

8,电源:

交流220V±10%

功耗<35W

本仪器可以选配电动测试架，手动测试架，手持探险头或四夹子电阻测量输入线。

1，电动测试架；

电动测试架是用步进电机驱动测试头升降，只要将被测工件放在测试平台中心位置，按一次启动按钮，测试头自动下降，直到针头和被测工件接触，探头将自动以慢速下降一段距离压紧探针使针与工件接触良好并等待测量，稍候测量结束，探头上行并恢复到原来位置。

所以

电动测试架的操作简便，探针对被测工件所施压力恒定，测量结果稳定，建议优先选配。

2，手动测试架

以其结构简单不用电源见长，只要操作熟练，测量精度和稳定性也很好。

3，手持式四探针测试头，使用灵活可以对任意形状的半导体材料进行测试，而且脱离了测试架尺寸的限止，可以对大尺寸单晶硅柱的任意部位进行单点或多点测试，但由於探针对被测材料的压力是由手感控制的，因此，测量时必须将探头持稳压紧，保证探针和被测工件接触良好。

4带夹四线测试头，是必配件，可以用四线法测量低阻值电阻。

三，工作原理；

1，测试原理；直流四探针法测试原理简介如下；

（1）电阻率测量；（图一）：

当1，2，3，4四根金属针排成一直线时体材料上时，在1，4两根探针间通过电流I，则在2，3探针间产生电位差V，

材料电阻率ρ=C

（Ω-cm）（3-1）

式中C为探针修正系数，由探针的间距决定。

当试样电阻率分布均匀，试样尺寸满足半无穷大条件时

C=

（cm）（3-2）

式中：

S1，，S2S3分别为探针对1与2，2与3，3与4之间的距离，探头系数由制造厂对探针间距进行测定后确定，并提供给用户。

每个探头都有自已的系数。

C≈6.28±0.05,单位为cm。

（a）块状或棒状样品体电阻率测量：

由於块状或棒状样品外形尺寸远大於探针间距，符合半无穷大的边界条件，电阻率值可直接由（3-1）式求出。

（b）薄片电阻率测量：

薄片样品因为其厚度与探针间距相近，不符合半远穷大边界条件，测量时要附加样品的厚度，形状和测量位置的修正系数。

其电阻率值可由下面公式得出

ρ=C

G（

）D（

）=ρ0G（

）D（

）（3-3）

式中ρ0——为块状体电阻率测量值

G（

）———为样品厚度修正系数，可由附录1A或附录1B查得。

W：

样品厚度（μm）;S探针间距（mm）

D：

（

）——为样品形状与测量位置的修正函数可由附录2查得。

当园形硅片的厚度满足

<0.5条件时，电阻率为

ρ=ρ0

（3-4）

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，

（3-5）

（©）扩散层的方块电阻测量

当半导体薄层尺寸满足于半无穷大平面条件时:

（3-6）

SZT-2B型四探针测试仪电气部分原理框图:

（图二）

仪器主体部分由单片计算机,液晶显示器、键盘、高灵敏度，高输入阻抗的方大器、双积分式A/D变换器、恒流源、，开关电源，DC-DC变换隔离电源。

电动，手动或手持式四探针测试架（头）等组成。

三．使用方法

本仪器适配三种测试架（电动，手动，手持测试头），还可使用带有四个夹子的，四线法电阻测试输入插头，这四种输入插头虽然外形相同，使用同一个输入插座，但使用方法略有不同，以下将分别于以说明。

1，主机；

A：

面板：

面板左侧为液晶显示器，显示器的第一行显示测量结果，阻单位（K

Ω，Ω，mΩ）和测量方式的符号（“-cm”电阻率,“-口”方块电阻，“—”电阻）-在正常测量时第二行将以较小的字号显示和第一行相同的数值，只有在超程时第一行显示四个横杠（----），第二行则显示一个正在使用的测量方式可以显示的最大数值，例如电阻率测量可以显示的最大值为1256，方块电阻可以显示的最大值为9060，而电阻测量则可以显示的最大显示值为

1999，（以上所示的值中小数点和单位均视测量当时所设量程而定，这里不作详述）。

指示灯下面为二行二列功能设置键，上面一行左边那个为左移键，右边那个为右移键，恒流源在开机时优先设定为1mA，应该是左起第三个指示灯被点亮，恒流源输出电流为1mA第二列

为电压量程设置键和测量方式设置键，每组都只有一个键，采用单键循环操作方式。

最下面一个键为往复键，重复按键可以选择测量或保持二个状态，（必须注意！

当使用电动测试架时，只能设定在测量状态）。

2，电动测试架；

电动测试架是一个完整的组件，由步进电机和驱动电路，活动架，四探针测头等组成，用九芯电缆和主机连接。

3，手动测试架手持测试头，四端子电阻测试夹使用比较简单，只要将七芯输入插头插入输入端，仪器就会连续测量，将探针和工件保持良好接触，就可在显示器上读出测量结果。

C，操作步骤；

仪器在第一次使用前必须首先检查所使用的电源是否符合规定要求，各种线缆是否连接妥当。

接通电源并开机后，必须预热30分钟，并注意观察仪器的温度指值，是否符合要求，

主机在接通电源后，测试架的探头就会复位，上升到规定位置。

同时主机运行自检程序，液晶显示器显示公司名称，网址，联系电话，指示灯循环点亮一次，最后电流指灯停在1mA位置上，电压量程指示灯停在2V位置，测量模式指示灯停在电阻率测量模式，测量/保持键则选在测量位置，液晶显示器显示单位为KΩ-cm，（电阻率测量）在液晶显示器的下面显示的二行数字上面一行是现场温度，下面一行是修整系数，0.628是探头的修正系数。

这是仪器在开机后的优先先选择。

此时液晶显示器的第一行还没有显示任何数值，因为现在测量还没有开始，接下来可以将被测半导体材料放在测试架的园形绝缘板的园心上，把探针保护套取下并保存好，按一下测试架上的启动按键（小红键），随即测试头下降探针和被测工件接触

稍后显示测量结果，测试头上升。

如果测量结果显示“----”则为超

量程，可以减小恒流源的设置值，如果电压量程置于最高，恒流电流

置于最小，仍显示超量程则可能是被测工件电阻太大，已超出了本仪

器的测量范围，当测量的结果为0则可以增大恒流电流或减小电压量

程，调整电流或电压量程，直至测量结果可以显示三位以上的读数为

最好的量程组合。

在选择量程时必须注意的是，如已知被测工件是半

导体材料并且阻值大于10Ω时，建议不要使用10mA以上的恒流源，

原因是10mA以上的恒流源使用较低的工作电压，而半导体材料表面

接触电阻又较大，会使恒流源工作不正常。

附录：

测量时，预估的样品阻值范围应该选择相对应的电流范围，关系如下表：

电阻率范围（Ω－cm）

　　　　电流档

　　　　＜0.012

100mA

0.08—0.6

10mA

0.4—60

1mA

40—1200

100uA

＞1200

10uA

1uA

附录1A样品厚度修正系数G（

）

样品厚度较薄：

=0.001~1见表5

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

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

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W/S

W

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

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0.26

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0.40

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300

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320

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W/S

W

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