四探針半導電阻測試儀
一、概述
BEST-300C型材料電導率測試儀是運用四探針測量原理測試試導體、半導體材料電阻率/方阻的多用途綜合測量儀器。該儀器設(shè)計符合單晶硅物理測試方法國家標準并參考美國 A.S.T.M 標準。
儀器成套組成：由主機、選配的四探針探頭和測試臺等三部分組成。
主機主要由數(shù)控恒流源，高分辨率ADC、嵌入式單片機系統(tǒng)組成。自動/手動量程可選；電阻率、方阻、電阻測試類別快捷切換：儀器所有參數(shù)設(shè)定、功能轉(zhuǎn)換全部采用數(shù)字化鍵盤輸入，簡便可靠；具有零位、滿度自校功能；測試結(jié)果由數(shù)字表頭直接顯示。本測試儀采用可充電鋰電池供電，適合手持式變動場合操作使用！
探頭選配：根據(jù)不同材料特性需要，探頭可有多款選配。有高耐磨碳化鎢探針探頭，以測試硅類半導體、金屬、導電塑料類等硬質(zhì)材料的電阻率/方阻；也有球形鍍金銅合金探針探頭，可測柔性材料導電薄膜、金屬涂層或薄膜、陶瓷或玻璃等基底上導電膜（ITO膜）或納米涂層等半導體材料的電阻率/方阻。換上四端子測試夾具，還可對電阻器體電阻、金屬導體的低、中值電阻以及開關(guān)類接觸電阻進行測量。配探頭，也可測試電池極片等箔上涂層電阻率方阻。
儀器具有測量范圍寬、精度高、靈敏度高、穩(wěn)定性好、智能化程度高、外形美觀、使用簡便等特點。
儀器適用于半導體材料廠器件廠、科研單位、高等院校對導體、半導體、類半導體材料的導電性能的測試。
二、技術(shù)參數(shù)
1. 測量范圍、分辨率（括號內(nèi)為拓展量程，可定制）
電 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）
電 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）
方塊電阻：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(由選配測試臺和測試方式?jīng)Q定)
直 徑： SZT-A圓測試臺直接測試方式 Φ15～130mm，手持方式不限
SZT-B/C/F方測試臺直接測試方式180mm×180mm，手持方式不限.
長(高)度： 測試臺直接測試方式 H≤100mm, 手持方式不限.
3. 量程劃分及誤差等級
4. 數(shù)字電壓表：
⑴量程： 20.00mV
⑵誤差：±0.2%FSB±2LSB
⑶大分辨力：1.0µV
顯示: 4位數(shù)字顯示，小數(shù)點自動顯示
5. 數(shù)控恒流源
⑴電流輸出：直流電流0.1µA～1.0A，系統(tǒng)自動調(diào)整。
⑵誤差：±0.2%FSB±2LSB
6. 四探針測試探頭：
有選配的型號確定，詳見《不同半導體材料電阻率/方阻測試的四探針探頭和測試臺選配方法》
7. 電源：
功 耗：< 15W，輸入:220V±10% 50Hz±2%
8. 本儀器工作條件為：
溫 度： 0-40℃
相對濕度： ≥60%
工作室內(nèi)應無強電磁場干擾，不與高頻設(shè)備共用電源。
9. 外形尺寸：
主機 245mm（長）×220 mm（寬）×95mm（高）
三、工作原理
*****電阻率與方阻概念******：
電阻率：當某種材料截成正方體時，平行對面間的電阻值只與材料的類別有關(guān)，而與正方形邊長無關(guān)，這種單位體積的阻值可反映材料的導電特性，稱為電阻率（體電阻率），記為：ρ，標準單位：Ω-m,常用單位Ω-cm.
方塊電阻：薄膜類導體、半導體材料截成薄層正方形時，平行對邊間的電阻值只與材料的類別（電阻率）和厚度有關(guān)，而與正方形邊長無關(guān)，這種單位面積的對邊間的阻值可反映薄膜的導電特性和厚度信息，稱為方塊電阻，簡稱方阻。記為：R□，標準單位：Ω/□
3.1. 測試原理：直流四探針法測試原理簡介如下：
[1]體電阻率測量：
當1、2、3、4四根金屬探針排成一直線時，并以一定壓力壓在半導體材料上時，在1、4兩根探針間通過電流I，則在2、3探針間產(chǎn)生電位差V。
（a）塊狀或棒狀樣品體電阻率測量：
由于塊狀或棒狀樣品外形尺寸遠大于探針間距，符合半無窮大的邊界條件，電阻
率值可以直接由（3—1）式求出。
（b）薄片電阻率測量 (以S1=S2=S3=1mm時，C≈0.628 cm為例)。
薄片樣品因為其厚度與探針間距相近，不符合半無窮大邊界條件，測量時要附加樣品的厚度、形狀和測量位置的修正系數(shù)。其電阻率值可由下面公式得出：
[3] 特薄膜或薄層的電阻率測量
由于薄片或膜，查表厚度修正系數(shù)誤差較大，可按式（3-5）和（3-6），忽略形狀修正可得薄膜電阻率ρ= R□*W, R□單位Ω/□， w單位cm , ρ單位Ω-cm （3-7）
四、使用方法
BEST-300C測試儀能夠測量半導體材料體電阻率ρ、方塊電阻（薄片電阻率）R口以及體電阻R，測量時需調(diào)整相應的修正系數(shù)和選擇相應的功能。
本產(chǎn)品不但提供了電阻率ρ、方塊電阻R口以及體電阻R測試的基本修正系數(shù)設(shè)定，還提供了產(chǎn)品厚度G、外形和測試位置的修正系數(shù)D設(shè)定，極大的提高了測試精度。測試類別的快捷選擇方式，方便了用戶同時測試多個參數(shù)，提高測試效率。
4.1 操作概述：
（1）測試準備：
對于電阻器類樣品，用四端子測試線按照圖5-1連接好樣品，對于半導體材料，測試前表面應進行必要的處理。如圖5-2，對于硅材料要進行噴砂或清潔處理，對于薄膜類的要保持表面清潔，必要的要進行清潔。樣品放在平整的臺面上。將測試探頭的插頭與主機的輸入插座連接起來，連接好探頭和主機。將電源開關(guān)置于開啟位置，數(shù)字顯示亮。儀器要預熱15分鐘以上，增加讀數(shù)穩(wěn)定性。
開機默認的狀態(tài)是測量模式，可按“模式”鍵“
”切換到設(shè)定模式。儀器只有在設(shè)定模式下才接受相關(guān)參數(shù)設(shè)定功能。開機默認設(shè)定類別為電阻測試修正系數(shù)，可以根據(jù)需要切換設(shè)定系數(shù)類別和修改當前默認參數(shù)值。
在設(shè)定模式下儀器要設(shè)定的參數(shù)類別，由 “類別選擇”鍵
來選擇，由顯示窗口左位紅色數(shù)碼管顯示；參數(shù)值由顯示窗口右四位數(shù)碼配合顯示窗右側(cè)單位指示來顯示；參數(shù)大小由數(shù)碼鍵盤輸入。具體參數(shù)類別、符號、含義、取值范圍
（3）測量數(shù)據(jù)
在設(shè)定模式下（設(shè)定完畢，保存好數(shù)據(jù)后），選擇測量類別（電阻率ρ、方塊電阻（薄片電阻率）R口或體電阻R中三選一，切換儀器到“測量”模式，窗口左側(cè)“測量”模式燈亮。電阻測量,注意良好接觸，電壓測試端在內(nèi)側(cè)；半導體參數(shù)測試，將探針與樣品良好接觸，注意壓力要適中；由數(shù)字顯示窗直接讀出測量值。
注意！測量狀態(tài)中，電流量程默認為自動方式，也可調(diào)整為手動方式，手動方式下，電流量程適合的，儀器會穩(wěn)定顯示數(shù)據(jù)，電流量程不適合的會給出超量程或欠量程閃爍提示，對于超量程，說明電流過大，要調(diào)到較小電流檔；對于欠量程，說明電流過小，要調(diào)到較大電流檔。
4.2.設(shè)定修正系數(shù)注意事項：參照表5.1和附表1和附表2
(1) 電阻測量:
設(shè)定R=1.000。，其他可以忽略。只讀結(jié)果。
(2) 棒狀、塊狀樣品電阻率測量，符合半無窮大的邊界條件:
設(shè)定電阻率基本系數(shù)C，參照表5.1， 厚度修正G=1.000,形狀位置修正D=1.000，只讀結(jié)果。
(3) 薄片電阻率測量:
當薄片厚度與針距比W/S>0.5時， 設(shè)定電阻率基本系數(shù)C，參照表5.1，厚度修正G<1.000,形狀位置修正D<1.000,具體值G（W/S）和D（d/S）要查附表1和附表2，只讀結(jié)果。
當薄片厚度與針距比W/S<0.5時,可以先測方阻，再人工計算厚度和位置形狀修正。
電阻率ρ=R口×W×D(d/S),式中W：樣品厚度（cm）, D(d/S)查附表2。
(4) 方塊電阻測量:
設(shè)定電阻率基本系數(shù)□：，參照表5.1，厚度修正G忽略，形狀位置修正D<1.000, D（d/S）要查附表2，只讀結(jié)果。
（3）數(shù)據(jù)輸入規(guī)則說明及示例
(a) 修正系數(shù)
在半導體類電阻率或方阻測試中，如果修正系數(shù)計算值遠小于1，為了顯示讀取更多有效數(shù)字，數(shù)據(jù)輸入可采用準科學記數(shù)法，即有效數(shù)字取0.100≤X≤1.000，指數(shù)（單位）取值10-3～103。
修正系數(shù)設(shè)定示例：注意X為 ρ，口，R，G，D，分類界限值中的任意一個。
