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SX1934型数字式四探针测试仪（原SZ82型数字式四探针测试仪）执行标准Q/320500GQB1030-2006使用说明书本企业已通过ISO9001:2000质量体系认证苏州市百神科技有限公司苏州电讯仪器厂注意：敬请用户在操作使用SX1934型数字式四探针测试仪之前，必须详细阅读使用说明书！并妥善保存。-1.-欢迎使用SX1934型数字式四探针测试仪！由衷地感谢您加入本公司的用户队伍！一、概述SX1934型数字式四探针测试仪是运用四探针测量原理的多用途综合测量装置，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）。换上特制的四探针测试夹具，还可以对金属导体的低、中值电阻进行测量。仪器由主机、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。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。本仪器工作条件为：温度：23℃±2℃相对湿度：60%～70%工作室内应无强电磁场干扰，不与高频设备共用电源。二、技术参数1.测量范围电阻率：10-6～105Ω-cm方块电阻：10-3～106Ω/□电阻：10-6～105Ω2.可测半导体材料尺寸直径：Φ15～100mm长（或高）度：≤400mm3.测量方位轴向、径向均可4.数字电压表：-2.-⑴量程：0.2mV,2mV,20mV,200mV,2V⑵误差：0.2mV量程：±0.5%读数±8字其它量程：±0.1%读数±2字⑶输入电阻：0.2mV和2mV量程：＞106Ω其它量程：＞108Ω⑷最大分辨力：0.1µV⑸显示：3位半数字显示极性、过载自动显示小数点、单位自动显示5.恒流源⑴电流输出：直流电流0～100mA连续可调，由交流电源供电。⑵量程：10μA，100µA，1mA，10mA，100mA⑶误差：±0.5%读数±2字6.四探针测试探头：⑴探针间距：1mm⑵探针机械游移率：±1.0%⑶探针：碳化钨，Φ0.5mm⑷压力：0～2kg可调,最大压力约2kg7.电源：220V±10%：50Hz功耗：35W8.外形尺寸：主机400mm（长）×440mm（宽）×120mm（高）三、工作原理1.测试原理：直流四探针法测试原理简介如下：⑴体电阻率测量：-3.-图1四探针法测量原理图当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、S2、S3分别为探针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。每个探头都有自己的系数。C≈6.28±0.05，单位为cm。若取电流值I=C时，则ρ=V，可由数字电压表直接读出。（a）块状或棒状样品体电阻率测量：由于块状或棒状样品外形尺寸远大于探针间距，符合半无穷大的边界条件，电阻率值可以直接由（3—1）式求出。（b）簿片电阻率测量薄片样品因为其厚度与探针间距相近，不符合半无穷大边界条件，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=CG（）D（）=ρ0G（）D（）（3-3）IVS112πS1+S21+S21－S2+S31－IVSWSdSdSW-4.-式中：ρ0——为块状体电阻率测量值G（）——为样品厚度修正函数，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。当圆形硅片的厚度满足0.5条件时,电阻率为：ρ=ρ0D（）（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ρ=D（）=4.53D()（3-5）⑵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：R0=()=4.53（3-6）若取I=0.453I0，I0为该电流量程满度值，则R0值可由数字表上读出的数乘上10后得到。2.电气原理SX1934型数字式四探针测试仪电气部分原理方框图如图2所示。图2SWSdSWSW2Ln21SdILn2IπVWSdIVWSdLn2πIVIV-5.-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、自校电路和调零电路。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10μA、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0.2mV、2mV、20mV、200mV、2V五档），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。为了克服测试中探针与半导体材料样品接触时产生的接触电势和整流效应的影响，本仪器设立了“粗调”、“细调”调零电路，以产生一个恒定的电势来抵消上述附加电势的影响。仪器的自校电路中备有精度为0.02%、阻值为19.96Ω的标准电阻，作为自校电路的基准。通过自校电路可以方便地对数字电压表和恒流源的精度进行校准。四、结构特征仪器为台式结构，分为主机、测试架两大部分，可以根据测试需要安放在一般工作台或者专用工作台上。测试架由探头及压力传动机构、样品台构成。探头经过精密加工，探针为耐磨材料碳化钨所制成，配用宝石导套，使测量误差大为减少，且寿命长。探头内有弹簧压力装置，测试架内还有高度粗调、细调及压力自锁装置。主机为仪器主要电气部分所在，在其面板上有数字、小数点、单位显示及全部操作旋钮、开关等。如图3所示。图3面板示意图-6.-1、数字显示板；2、单位显示灯；3、电流量程开关；4、工作选择开关；5、电压量程开关；6、输入插座；7、调零细调；8、调零粗调；9、电流调节；10、电源开关；11、电流开关；12、极性开关；13、调零开关（选配）备注：选配调零开关的自动调零测量范围是0~500Ω.cm（薄片）主机后盖板设有交流220V电源插座和保险丝座。如图4所示。五、使用方法SX1934型数字式四探计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：⑴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，电流开关处于弹出切断位置。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。⑵测量：将电源开关置于开启位置，数字显示亮，仪器通电预热1小时。极性开关拨至上方，工作状态选择开关置于“测量”，拨动电流量程开关和电压量程开关，置于样品测量所适合的电流、电压量程范围，电流调节电位器调到适合的电流值（方法见“注意事项”），调节电压表的粗调和细调调零，使数字显示为“0000”，按下电流开关输出恒定电流，即可由数字显示板和单位显示灯直接读出测量值。如果数字出现闪烁，则表示测量值已超过此电压量程，应将电压量程开关拨到更高档；读数后切断电流开关，数字显示将恢复到零位。在仪表处于高灵敏电压档时要经常检查零位。再图4主机后盖板示意图保险丝座电源插座-7.-将极性开关拨至下方（负极性），按下电流开关，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0.2mV2mV20mV200mV2V100Ma2mΩ20mΩ200mΩ2Ω20Ω10mA20mΩ200mΩ2Ω20Ω200Ω1mA200mΩ2Ω20Ω200Ω2kΩ100μA2Ω20Ω200Ω2kΩ20kΩ10μA20Ω200Ω2kΩ20kΩ200kΩ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0.012100mA0.008-0.610mA0.4-601MA40-1200100μA80010μA表2测量电阻率所要求的电流值根据国家标准及仪器性能，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、电压量程组合，见表3所示。电流\电阻率\电压0.2mV2mV20mV200mV2V100mA10-4～10-310-310mA10-3～10-210-11mA10-11～2010～50102～103100μA200～500103～10410μA105表3电阻率测量时推荐的电流电压量程选择2.注意事项：-8.-⑴测量电流值的调节，工作选择开关置于“I调节”位置，电流量程开关与电压量程开关必须放在表4所列的任一组对应的量程上。电压量程2V200mV20mV2mV0.2mV电流量程100mA10mA1mA100µA10µA表4电流调节和自校时必须对应的电流电压量程按下电流开关，调节电流电位器，可以使电流输出在0～10.00范围内，调到数字显示出测量所需要的电流值（例6.28，4.53等）。当电流调节电位器的指针盘上的刻度旋转到100时数字显示为10.00，是相应电流量程的满度值。电位器指针显示的数值是粗略的电流值，准确的电流值应由数字表显示读出。在调节好某一量程电流输出值后，其它各量程的电流会按此比例数字输出，不同量程的电流值的显示允许相差±2字。一旦电流值调节好后，不必每次测量都调节，只需观察电流调节电位器指针是否处于对应的位置即可。⑵仪器自校，仪器内部装有精度为0.02%、阻值为19.96Ω的标准电阻，供校验主机中数字电压表和恒流源的精度之用。自校时，工作选择开关置于“自校”位置，电流量程开关和电压量程开关按表4设置。调节好电压表零位，按下电流开关则数字显示板显示出“199×”，各量程数值允许相差±4字，如果数值超差，可以调节机内压板上“I调节”窗孔内的电位器，使数字恢复到“199×”值。⑶棒状、块状样品电阻率测量，按测量步骤进行，由表（5-3）选择电压电流量程。ρ=C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。⑷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（3-3）计算ρ。当薄片厚度0.5mm时，按公式（3-4）计算ρ。⑸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。⑹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VI-9.-步骤进行；由表1选择适合的电流和电压量程；在“I”调节位置，将电流值调到该量程满度值（10.00）；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。图5电阻测量⑺仪器在中断测试时应将工作选择开关置于“短路”位置，电流开关置于弹出断开位置。六、复校与维修1.复校：为了保证仪器测试精度，必须定期（通常90天或半年）对它进行复校与维护性调整。当仪器经过剧烈震动运输和温度冲击后，或者经过维修后，也应进行复校和维护性调整。⑴主机部分：复校步骤如下：（a）仪器按步骤操作，进行通电和自校。（b）如发现各量程在自校时误差较大，而且重合性不好