KDY-1说明书11.01.10.doc

1、 广州市昆德科技有限公司 KDY-1 型四探针电阻率/方阻测试仪 使用说明书Emal: 网址:KDY-1 型四探针电阻率/方阻测试仪使用说明书1、概述KDY-1 型四探针电阻率/方阻测试仪（以下简称电阻率测试仪）是用来测量半导体材料（主要是硅单晶、锗单晶、硅片）电阻率，以及扩散层、外延层、ITO 导电薄膜、导电橡胶方块电阻的测量仪器。它主要由电气测量部份（简称：主机） 、测试架及四探针头组成。本仪器的特点是主机配置双数字表，在测量电阻率的同时，另一块数字表（以万分之几的精度）适时监测全程的电流变化，免除了测量电流/测量电阻率的转换，更及时掌控测量电流。主机还提供精度为 0.05%的恒流源，使测

2、量电流高度稳定。本机配有恒流源开关，在测量某些薄层材料时，可免除探针尖与被测材料之间接触火花的发生，更好地保护箔膜。仪器配置了本公司的专利产品：“小游移四探针头” ，探针游移率在0.10.2%。保证了仪器测量电阻率的重复性和准确度。本机如加配 HQ-710E 数据处理器或 KDY 测量系统，测量硅片时可自动进行厚度、直径、探针间距的修正，并计算、打印出硅片电阻率、径向电阻率的最大百分变化、平均百分变化、径向电阻率不均匀度，给测量带来很大方便。2、测试仪结构及工作原理测试仪主机由主机板、电源板、前面板、后背板、机箱组成。电压表、电流表、电流调节电位器、恒流源开关及各种选择开关均装在前面板上（见图

3、 2） 。后背板上只装有电源插座、电源开关、四探针头连接插座、数据处理器连接插座及保险管（见图3） 。机箱底座上安装了主机板及电源板，相互间均通过接插件联接。仪器的工作原理如图 1 所示：广州市昆德科技有限公司 KDY-1 型四探针电阻率/方阻测试仪 使用说明书Emal: 网址:测试仪的基本原理仍然是恒流源给探针头（1、4 探针）提供稳定的测量电流I（由 DVM1 监测） ，探针头（2、3）探针测取电位差 V（由 DVM2 测量） ，由下式即可计算出材料的电阻率：厚度小于 4 倍探针间距的样片均可按下式计算式中：VDVM2 电压的读数，mV。IDVM1 电流的读数，mA。W被测样片的厚度值以

4、cm 为单位。F（W/S）厚度修正系数，数值可查附录 2。F（S/D）直径修正系数，数值可查附录 3。Fsp探针间距修正系数。Ft温度修正系数，数值可查附录 1。由于本机中已有小数点处理环节，因此使用时无需再考虑电流、电压的单位问题。如果用户配置了 HQ-710E 数据处理器只要置入厚度 W、F SP、测量电流 I 等有关参数，一切计算、记录均由它代劳了。如果没有数据处理器（HQ-710E） ，用户同样可以依据上式用普通计算器算出准确的样片电阻率。对厚度大于 4 倍探针间距的样片或晶锭，电阻率可按下式计算：=2SV/I （2）这是大家熟悉的样品厚度和任一探针离样品边界的距离均大于 4 倍探针间

5、距（近似半无穹大的边界条件） ，无需进行厚度、直径修正的经典公式。此时如用间距 S=1mm的探头，电流 I( DVM1)选择 0.628；用 S=1.59mm 的探头，电流 I( DVM1)选择 0.999，即可从本仪器的电压表 V（DVM2）上直接读出电阻率。为 了 描 述 扩 散 薄 层 的 导 电 性 能 ,引 入 方 块 电 阻 的 概 念 。我 们 如 果 在 长 为 S,宽 为 T,厚 度 为 W的 薄 层 上 测 电 阻 ：R = /W R= S/TW =( /W) S/T=R S/T若 使 S=T ,即 在 薄 层 的 一 个 正 方 形 面 积 上 测 电 阻: R = R

6、S/T = R从 上 式 可 以 看 出 ， 当 S=T时 ， R= R ， R 表 示 一 个 正 方 形 薄 层 的 电 阻 ， 它 与 正 方 形 边 长 无关 ， 这 是 取 名 方 块 电 阻 的 缘 由 。用 KDY-1测 量 方 块 电 阻 时 ， 计 算 公 式 为 ：R = /W = V/I F(S/D) F(W/S)FSP Ft 由 于 扩 散 层 很 薄 , 当 厚 度 W趋 近 于 0时 ,F(W/S) 趋 近 1， 查 附 录 2.R = V/I F(S/D) FSP Ft由 于 方 块 电 阻 与 正 方 形 边 长 无 关,当 直 径 D趋 近 于 无 穷 大 时

7、 ,F(S/D) 趋 近 4.532， 查 附 录 3.R = V/I F(S/D) FSP Ft= V/I4.532 FSP Ft当 I=4.532 时, R = V FSP Ft广州市昆德科技有限公司 KDY-1 型四探针电阻率/方阻测试仪 使用说明书Emal: 网址:所 以 取 I=4.532 时,从 KDY-1右 边 的 电 压 表 (DVM2)上 即 可 直 接 读 出 扩 散 薄 层 的 方 块 电 阻R 。备 注 ： 在 测 量 方 块 电 阻 时 / R 键 要 选 择 在 R档 ， 仅 在 电 流 0.01 mA 档时电压表最后一位数溢出（其他档位可以正常读数） ，故读数时需

8、要注意，如电流在 0.01 mA 档时电压表读数为 12345 ，则实际方块电阻的读数应该是 123450 R 。3、使用方法（1）主机面板、背板介绍仪器除电源开关在背板外其它控制部分均安装在面板上，面板的左边集中了所有与测量电流有关的显示和控制部份，电流表（DMV1）显示各档电流值，电流选择按钮供电流选档用，220V 电源接通后仪器自动选择在常用的 1.0mA 档，此时 1.0 上方的红色指示灯亮，随着选择开关的按动，指示灯在不同的档位亮起，直选到档位合适为止。打开恒流源，上方指示灯亮，电流表显示电流值，调节粗调旋钮使前三位数达到目标值，再调细调旋钮使后两位数达到目标值。这样就完成了电流调节

9、工作，此时我们可以把注意力集中到右边，面板的右边集中了所有电压测量有关的控制部件，电压表（DMV2）显示各档（/R 手动/自动）的正向、反向电压测量值。/R 键必须选对，否则测量值会相差 10 倍；同样手/自动档也必须选对，否则仪器拒绝工作。后背板上主要安装的是电缆插座，图上标得很清楚，安装时请注意插头与插座的广州市昆德科技有限公司 KDY-1 型四探针电阻率/方阻测试仪 使用说明书Emal: 网址:对位标志。因为在背后容易漏插，松动时不易被发现，所以安装必须插全、插牢。（2）使用仪器前将电源线、测试架联接线、主机与数据处理器的连接线（如使用处理器）联接好，并注意一下测试架上是否已接好探针头。

10、电源线插头插入220V 座插后，开启背板上的电源开关，此时前面板上的数字表、发光二极管都会亮起来。探针头压在被测单晶上，打开恒流源开关，左边的表显示从 1、4 探针流入单晶的测量电流，右边的表显示电阻率（测单晶锭时）或 2、3 探针间的电位差。电流大小通过旋转前面板左下方的两个电位器旋钮加以调节，其它正、反向测量、/R 选择、自动/手动测量都通过前面板上可自锁的按钮开关控制。 （3）仪器测量电流分五档：0.01mA（10A） 、0.1mA（100A） 、1mA、10mA、100mA，读数方法如下：在 0.01mA 档显示 5 位数时：10000 表示电流为：0.01mA（10A）又如在 0.0

11、1mA 档显示：06282 即表示电流为：6.28A在 0.1mA 档显示 5 位数时：10000 表示电流为：0.1mA（100A）又如在 0.1mA 档显示：04532 表示电流为：45.32A在 1mA 档显示 5 位数时：10000 表示电流为：1mA又如在 1mA 档显示：06282 表示电流为：0.6282mA同样在 10mA 档显示：10000 表示电流为：10mA显示：04532 表示电流为：4.532mA100mA 档显示：10000 表示电流为：100mA显示：06282 表示电流为：62.82mA电流档的选择采用循环步进式的选择方式，在仪器面板上有一个电流选择按钮，每按一

12、次进一档，仪器通电后自动设定在常用的 1.0mA 档，如果你不断地按下“电流选择”按钮，电流档位按下列顺序不断地循环。1.0mA10mA100mA0.01mA0.1mA1.0mA10mA可以快速找到你所需要的档位。根据国标 GB/T 1552-1995，不同电阻率硅试样所需要的电流值如下表所示：电阻率，.cm 电流,mA 推荐的园片测量电流值0.03 100 1000.030.30 100 250.33 10 2.5330 1 0.2530300 0.1 0.0253003000 0.01 0.0025根据 ASTM F374-84 标准方法测量方块电阻所需要的电流值如下表所示：方块电阻 电流

13、,mA2.025 1020250 12002500 0.1200025000 0.01广州市昆德科技有限公司 KDY-1 型四探针电阻率/方阻测试仪 使用说明书Emal: 网址:（4）恒流源开关是在发现探针带电压触被测材料影响测量数据（或材料性能）时，再使用，即先让探针头压触在被测材料上，后开恒流源开关，避免接触瞬间打火。为了提高工作效率，如探针带电压触单晶对材料及测量并无影响时，恒流源开关可一直处于开的状态。 4（5）正、反向测量开关只有在手动状态下才能人工操作，在自动状态下由数据处理器控制，因此在手动状态下正反向开关不起作用时，先检查手动/自动开关是否处于手动状态。相反在使用数据处理器测量

14、材料电阻率时，仪器必须处于自动状态，否则数据处理拒绝工作。（6）在使用数据处理器自动计算及记录时，必须严格按照使用说明操作，特别注意输入数据的位数。有关数据处理器的使用方法请仔细阅读 HQ-710E 操作说明。4、使用程序及注意事项(1)仪器接通电源,经预热 30 分钟后,方可进行测量.(2)仪器如经过剧烈的环境条件变化或长期不使用,在首次使用时应通电预热 2-3 小时. 方可进行测量.(3)在测量过程中应注意电源电压不要超过仪器的过载允许值,5、日常维护及使用（1）探针头：因测量时探针针尖经常接触被测材料，针尖易被沾污，需定时用无水酒精棉球清洁探针针尖，保证探针针尖良好的与被测物体接触。警告

15、：如需打开探针头维修，必须按照规定的步骤操作，不然极易损坏探针头（2）整机测量精度：整机测量初始精度:1-1000 欧姆厘米3%，在使用过程中因探针针尖不断压在被测物体上，会造成探针针尖逐渐变钝，引起探针间距修正系数在不断的变化，因此需要定期校准仪器;如整机测量校准样片时,测量值偏大于 4，那么在测量时需要把测量电流降低 4，以保证整机的测量精度。（3）故障分析：故障现象 排除方式1.用导线或金属镊子短路主机探针头连接线插座中的 1,4 针，如果短路后仪器无电流显示，说明仪器主机有故障测量时无电流2.更换探针头、连接线（探针头与连接线故障率较高）广州市昆德科技有限公司 KDY-1 型四探针电阻

16、率/方阻测试仪 使用说明书Emal: 网址:3.主机上恒流源开关未开，按下恒流源开关即可开电源开关后无显示 检查保险丝、电源连线1.检查四探针头探针针尖是否磨损严重，如针尖磨损严重需要及时更换探针头2.检查被测物体表面或探针针尖是否清洁3.检查探针压力是否偏低（探针合力:测棒 8N，测片6N，测薄膜 4N）4.更换探针头连接线5.电源干扰（仪器不能与高频设备或大功率设备共用电源且无任何隔离屏蔽措施）测量数值不稳6.将仪器校准头（选购件）插在仪器后的四芯插座里,检测是仪器主机故障还是外置部分故障（探针头、连接线或测试架）.6、主机技术能数（1）测量范围：可测电阻率：0.000119000cm可测

17、方块电阻：0.001190000（2）恒流源：输出电流：DC 0.001100mA 五档连续可调量程：0.0010.01mA 0.010.10mA0.101.0mA 1.010mA 10100mA恒流精度：各档均低于0.05%（3）直流数字电压表：测量范围：0199.99mV灵敏度：10V基本误差：（0.004%读数+0.01%满度）输入阻抗：1000M（4）测量精度：电器精度：11000 欧姆0.3%整机测量精度：11000 欧姆厘米3%（5）供电电源：AC 220V10% 50/60 Hz 功率：12W（6）使用环境：温度：232 相对湿度：65%无较强的电场干扰，电源隔离滤波，无强光直接

18、照射（7）重量、体积：主机重量：7.5kg广州市昆德科技有限公司 KDY-1 型四探针电阻率/方阻测试仪 使用说明书Emal: 网址:体积：365380160（单位：mm 长度宽度高度）附录 1.1温度修正系数表 T = FT 23标称电阻率.cm温度 FTC0.005 0.01 0.1 1 5 1010 0.9768 0.9969 0.9550 0.9097 0.9010 0.901012 0.9803 0.9970 0.9617 0.9232 0.9157 0.914014 0.9838 0.9972 0.9680 0.9370 0.9302 0.929016 0.9873 0.9975

19、0.9747 0.9502 0.9450 0.944018 0.9908 0.9984 0.9815 0.9635 0.9600 0.959620 0.9943 0.9986 0.9890 0.9785 0.9760 0.975822 0.9982 0.9999 0.9962 0.9927 0.9920 0.992023 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.000024 1.0016 1.0003 1.0037 1.0075 1.0080 1.008026 1.0045 1.0009 1.0107 1.0222 1.0240 1.024828 1.0086

20、 1.0016 1.0187 1.0365 1.0400 1.041030 1.0121 1.0028 1.0252 1.0524 1.0570 1.0606注 ： 温度修正系数表的数据来源于中国计量科学研究院。附录 1.2广州市昆德科技有限公司 KDY-1 型四探针电阻率/方阻测试仪 使用说明书Emal: 网址:温度修正系数表(续 1) T = FT 23标称电阻率.cm温度 FTC25(17.549.9)75(50.0127.49)180(127.5214.9)250/500/1000( 215 )10 0.9020 0.9012 0.9006 0.892112 0.9138 0.9138

21、 0.9140 0.908714 0.9275 0.9275 0.9278 0.925316 0.9422 0.9425 0.9428 0.941918 0.9582 0.9580 0.9582 0.9585 20 0.9748 0.9750 0.9750 0.975122 0.9915 0.9920 0.9922 0.991923 1.0000 1.0000 1.0000 1.000024 1.0078 1.0080 1.0082 1.008326 1.0248 1.0251 1.0252 1.024928 1.0440 1.0428 1.0414 1.041530 1.0600 1.061

22、0 1.0612 1.0581注 ： 温度修正系数表的数据来源于中国计量科学研究院。附录 2.广州市昆德科技有限公司 KDY-1 型四探针电阻率/方阻测试仪 使用说明书Emal: 网址:厚度修正系数 F(W/S)为圆片厚度 W 与探针间距 S 之比的函数W/S F(W/S) W/S F(W/S) W/S F(W/S) W/S F(W/S)0.40 0.99930.41 0.99920.42 0.99900.43 0.99890.44 0.99870.45 0.99860.46 0.99840.47 0.99810.48 0.99780.49 0.99760.50 0.99750.51 0.99

23、710.52 0.99670.53 0.99620.54 0.99580.55 0.99530.56 0.99470.57 0.99410.58 0.99340.59 0.99270.60 0.99200.61 0.99120.62 0.99030.63 0.98940.64 0.98850.65 0.98750.66 0.98650.67 0.98530.68 0.98420.69 0.98300.70 0.98180.71 0.98040.72 0.97910.73 0.97770.74 0.97620.75 0.97470.76 0.97310.77 0.97150.78 0.96990

24、.79 0.96810.80 0.96640.81 0.96450.82 0.96270.83 0.96080.84 0.95880.85 0.95660.86 0.95470.87 0.95260.88 0.95050.89 0.94830.90 0.94600.91 0.94380.92 0.94140.93 0.93910.94 0.93670.95 0.93430.96 0.93180.97 0.92930.98 0.92630.99 0.92421.0 0.9211.2 0.8641.4 0.8031.6 0.7421.8 0.6852.0 0.6342.2 0.5872.4 0.5

25、462.6 0.5102.8 0.4773.0 0.4483.2 0.4223.4 0.3993.6 0.3783.8 0.3594.0 0.342注：厚度修正系数表的数据来源于国标 GB/T1552-1995硅、锗单晶电阻率测定直排四探针法附录 3.广州市昆德科技有限公司 KDY-1 型四探针电阻率/方阻测试仪 使用说明书Emal: 网址:直径修正系数 F（S/D）为探针间距 S 与圆片直径 D 之比的函数S/D F2 S/D F2 S/D F20 4.5324 0.095 4.2039 0.19 3.450.005 4.5314 0.1 4.1712 0.195 3.40630.01 4.

26、5284 0.105 4.1374 0.2 3.36250.015 4.5235 0.11 4.1025 0.21 3.27490.02 4.5167 0.115 4.0666 0.22 3.18740.025 4.508 0.12 4.0297 0.23 3.10050.03 4.4973 0.125 3.992 0.24 3.01420.035 4.4848 0.13 3.9535 0.25 2.92890.04 4.4704 0.135 3.9142 0.26 2.84450.045 4.4543 0.14 3.8743 0.27 2.76130.05 4.4364 0.145 3.83

27、37 0.28 2.67930.055 4.4167 0.15 3.7926 0.29 2.59880.06 4.3954 0.155 3.7509 0.3 2.51960.065 4.3724 0.16 3.7089 0.31 2.44180.07 4.3479 0.165 3.6664 0.32 2.36560.075 4.3219 0.17 3.6236 0.33 2.29080.08 4.2944 0.175 3.5805 1/3 2.26620.085 4.2655 0.18 3.5372 0.09 4.2353 0.185 3.4937 当 S/D=无穷小时，F（S/D）=3.14

28、/ln2=4.5324，当 S/D=1/3（极端情况）时，F(S/D)=3.14/2ln2=2.2662 注：直径修正系数表的数据来源于国标 GB/T1552-1995硅、锗单晶电阻率测定直排四探针法例如硅片厚度是 0.2mm ，探针间距 S=1.00mm，硅片直径 100mm，FSP 探针间距修正系数：这个系数每个探针头的都不一样，这里就假设为 1厚度修正系数 W/S0.2/1=0.2 查表最小为 F(0.4)0.9993，那么 F(0.2)约=1直径修正系数 S/D1/100=0.01 查表 F(0.01)=4.5284=V/IWF(W/S)F(S/D)FSP 为了让电压值等于电阻率让电流 IWF(W/S)F(S/D)