直流導(dǎo)電電阻測試儀BEST-300C導(dǎo)電材料電阻率測定儀本標(biāo)準(zhǔn)修改采用SEMIMF84-1105《硅片電阻率測定四探針法》和SEMIMF397-1106《硅棒電阻

率測定兩探針法》。

本標(biāo)準(zhǔn)與SEMIMF84-1105和SEMI MF 397-1106相比,主要變化如下:卜全因斤的試件,如來遠(yuǎn)用視展電況

在數(shù)但上等于2,則兩內(nèi)探什之間則得的電勢力

在數(shù)值上等于電阻率值,可免于計算。推薦的圓片測量電流是在試樣厚度為0.5mm,兩內(nèi)探針間為

10 mV電勢差時得到。

8測量結(jié)果計算

8.1 利用7.2測量數(shù)據(jù)計算探針間距S、平均探針間距S、標(biāo)準(zhǔn)偏差a、探針系數(shù)C和探針間距修正因

子F?.

8.1.1對十組測量數(shù)據(jù)中的每一組,用式(2)計算探針間距S, ,S2,,Sy

S = [(C, + D,)/2]-[(A, +B,)/2]

S,=[(E, + Fj)/2]-[(C, +D,)/2]

.....-(2)

S,,=[(G, +H,)/2]-[(E; +F;)/2]

式中:

S,~S,,--探針間距,單位為厘米(cm);

A~H一一探針壓痕的點位,見圖6所示,單位為厘米(cm);

腳標(biāo)j一組數(shù),取1到10。

8.1.2用式(2)得到的S,計算每一間距平均值S，如式(3):

-(0)s

………--………(3)

式中:i取 1,2,3.

8.1.3將按式(3)計算得到的S,和按式(2)計算得到的S。,利用式(4)分別計算3個間距的試樣標(biāo)準(zhǔn)

偏差a

?/÷[∑<s?-)’]+

....…...……(4)

8.1.4計算平均探針間距S,如式(5):

s=/(++)

...……………(5)

8.1.5計算探針系數(shù)C和適用于圓片測量時的探針間距修正因子F?,分別如式(6)和式(7):

C-

2x

…………----*(6)

京+ˉ+sˉs+S

1

F,=1+1.082[1-(/)

.......-.-*****……(7)

8.2利用7.1.3~7.1.4測量的數(shù)據(jù)計算模擬電路測量的平均電阻r和標(biāo)準(zhǔn)偏差o。

8.2.1如果采用直接測量電阻,用單個正向和反向電阻(無論是計算結(jié)果或是測量結(jié)果)均按式(8)計

算平均電阻,否則按8.2.2計算模擬電路的正向電阻r,及反向電阻r,:

…………---…(8)

式中:

r-10個模擬電路的正向電阻r,及反向電阻r,中的任意一個值.

8.2.2根據(jù)測量值計算模擬電路的正向電阻r,及反向電阻r,如式(9):

--中厚度修正系數(shù)F(W/S)表格范圍增加;

一按中文格式分直排四探針法、直流兩探針法進(jìn)行編排。

本標(biāo)準(zhǔn)代替GB/T 1551-1995《硅、鍺單晶電阻率測定直流兩探針法》和GB/T 1552-1995《硅、鍺

單品電阻率測定直排四探針法》。

本標(biāo)準(zhǔn)與GB/T 1551-1995和GB/T 1552-1995相比，主要有如下變化:

一一刪除了鍺單晶測定的相關(guān)內(nèi)容;1范圍

本方法規(guī)定了用直排四探針法測量硅單晶電阻率的方法.

本方法適用于測量試樣厚度和從試樣邊緣與任一探針端點的最近距離二者均大于探針間距的4倍

的硅單晶體電阻率以及測量直徑大于探針間距10倍、厚度小于探針間距4倍的硅單晶圓片的電阻率。

本方法可測定的硅單晶電阻率范圍為1X10-Ω?cm~3X10' Ω.cm.

2環(huán)境要求

環(huán)境溫度為23℃±1℃,相對濕度不大于65%。

3干擾因素

3.1光照可能嚴(yán)重影響觀察電阻率,特別是近似本征材料。因此,所有測試應(yīng)在暗室進(jìn)行,除非是待測

樣品對周圍的光不敏感。

3.2當(dāng)儀器放置在高頻于擾源附近時,測試回路中會引入虛假電流，因此儀器要有電磁屏蔽。

3.3試樣中電場強(qiáng)度不能過大,以避免少數(shù)載流子注入。如果使用的電流適當(dāng),則用該電流的兩倍或

一半時,引起電阻率的變化應(yīng)小于0.5%。

3.4由于電阻率受溫度影響,一般測試適用溫度為23℃±1 ℃.

3.5對于厚度對測試的影響,仲裁測量要求厚度按本方法的6.3規(guī)定測量,一般測量用戶可以根據(jù)實

際需要確定厚度的要求偏差。

3.6由于探針壓力對測量結(jié)果有影響,測量時應(yīng)選擇合適的探針壓力。

3.7仲裁測量時選擇探針間距為1.59mm,非仲裁測量可選擇其他探針間距。

4方法提要直排四探針測量示意圖

5測量儀器

5.1探針裝置由以下幾部分組成。

5.1.1探針用鎢,碳化鎢或高速鋼等金屬制成,針尖呈圓錐型,夾角為45°~150*,初始標(biāo)稱半徑為

25 μm~50 μm。

5.1.2探針壓力,每根探針壓力為1.75 N士0.25 N或4.0N±0.5N,分別用于硅單晶棒的電阻率測

量,也可選擇其他合適的探針壓力。

5.1.3絕緣性,一探針(包括連接彈簧和外部引線)與任何其他探針或裝置任一部分之間絕緣電阻大于

10’Ω.

5.1.4探針排列和間距,四根探針的應(yīng)成等間距直線排列。仲裁測量時,探針間距(相鄰探針之間

的距離)標(biāo)稱值應(yīng)為1.59mm。其他標(biāo)稱間距如1.00mm和0.6mm用于非仲裁測量,探針間距按7.2

測定。

5.1.5探針架,能在針尖幾乎無橫向移動的情況下使探針下降到試樣表面.

5.2電學(xué)測量裝置由下列幾部分組成。

5.2.1任何滿足7.1.6要求的電路均可用來進(jìn)行電學(xué)測量。推薦電路(見圖2)包括下述幾部分。

·電位選擇開關(guān)

恒流源

標(biāo)準(zhǔn)電阻

數(shù)字電壓表

0.001mA一

100mA

電流選擇開關(guān)GB/T 1551-2009

器應(yīng)與電學(xué)測量裝置的接地端相連接。為了迅速對準(zhǔn)試樣中心,可在散熱器表面加工一個與銅塊同心

的淺圓環(huán)。

一樣品

云母片

>38mm

溫度計

>100mm

圖3帶有樣品、云母片和溫度計的散熱器

5.5 研磨或噴砂設(shè)備,用以提供平坦的試樣表面。研磨設(shè)備應(yīng)能將圓片試樣研磨到厚度變化不大于試

樣中心處厚度值的±1.0%，

5.6機(jī)械或電子厚度測量儀,能測量試樣不同位置的厚度,精度優(yōu)于±1.0%。

5.7千分尺或游標(biāo)卡尺,分辨率優(yōu)于士0.05 mm。

5.8微移動機(jī)構(gòu),能以0.05 mm~0.10mm增量使探針裝置或硅表面以垂直于探針連線方向并

平行于硅表面移動。

5.9 工具顯微鏡,分辨率為1μm。7.1.3如果采用直接測量電阻(電壓一電流比值儀器)。開始在任一極性上(正向)測量模擬電路的正

向電阻r.。改變連接極性,測量反向電阻r.。繼續(xù)改變極性進(jìn)行測量,記錄5次每一極性的正向電阻r

和反向電阻r.測量值,然后按6.1.5進(jìn)行。

7.1.4如果不是采用直接測量電阻儀器,則讓電流在正向,調(diào)節(jié)電流大小到近似表2推薦圓片的測量

電流值,測量正向電流時標(biāo)準(zhǔn)電阻兩端的電勢差V,或直接測量流過模擬電路的正向電流1,再測量正

向電流時模擬電路的電勢差Va。將電流換向,測量反向電流時標(biāo)準(zhǔn)電阻兩端的電勢差V?或模擬電路

的反向電流I?和反向電流時模擬電路的電勢差V?。繼續(xù)改變極性重復(fù)進(jìn)行測量,記錄5次每一極性

的測量值。

7.1.5按8.2計算平均電阻r和標(biāo)準(zhǔn)偏差.

7.1.6電學(xué)測量裝置應(yīng)滿足下述條件:

7.1.6.1 r值應(yīng)在已知r值的0.3%以內(nèi)。

7.1.6.2樣品標(biāo)準(zhǔn)偏差口應(yīng)小于r的0.3%。

7.1.6.3設(shè)備應(yīng)能測量出0.05%電阻的變化。

7.2確定探針間距與探針狀態(tài)

7.2.1 將四探針以正常壓力壓在嚴(yán)格固定的拋光硅片表面上,形成一組壓痕。提起探針,在垂直于探

針尖連線方向上移動硅片表面或探針0.05 mm~0.10 mm,再將探針壓到硅片表面上,重復(fù)上述步驟，

直到獲得10組壓痕。建議在兩組或三組壓痕后,將硅片表面或探針移動上述距離的兩倍,以幫助操作

者識別壓痕屬于哪一組。

7.2.2將硅片表面清洗,用空氣干燥。

7.2.3將此具有壓痕的硅片表面置于工具顯微鏡的載物臺上,使y軸的讀數(shù)(圖6中的yn和ys)相差

不大于0.150mm,記錄在工具顯微鏡中的10組壓痕A到H的x軸讀數(shù),精確到1μm。

4

5.10顯微鏡至少放大400倍。

5.11溫度計或其他測溫儀器0℃~40℃,分度值為0.1℃。

5.12歐姆計,能指示大于10°Ω絕緣電阻。

5.13超聲波清洗器,具有適當(dāng)頻率(18 kHz~45 kHz)和功率。

5.14化學(xué)實驗室器具(如塑料燒杯、量筒、處理和清洗酸及其蒸氣所需的設(shè)備等)。

6試樣制備

6.1 試樣用W14#(粒徑為10μm)金剛砂研磨上下表面,保證無機(jī)械損傷、無沾污物。

6.2在不包括參考面或參考缺口的圓周上測量直徑3次,計算試樣的平均直徑D。試樣直徑應(yīng)大于

10倍平均探針間距S,直徑變化不大于D的D/5S%,記下D值。

6.3在試樣上測量9個點的厚度(見圖4)。要求各測量點厚度與試樣中心點厚度的偏差不大于

士1.0%,記下試樣的中心厚度W.

探針裝置

圈2推薦電路圖

5.2.2恒流源,電流范圍為10-'A~10-*A,紋波系數(shù)不大于士0.1%,穩(wěn)定度優(yōu)于士0.05%。

5.2.3電流換向開關(guān)。

5.2.4標(biāo)準(zhǔn)電阻,0.01 0~100000Ω.0.05級.

5.2.5雙刀雙擲電位選擇開關(guān),圖2推薦電路需要這一開關(guān)來選擇測量標(biāo)準(zhǔn)電阻或試樣上電勢差。

5.2.6數(shù)字電壓表,可用來測量以毫伏為單位的電勢差或者連同電流源一起校準(zhǔn)到能直接讀出電壓-

電流比值。測量滿量程為0.2mV~50mV,分辨率為±0.05%(3?位有效數(shù)字),輸入阻抗大于10°倍

試樣電阻率。如試樣電阻率僅限定在某一數(shù)值范圍內(nèi),一個較小滿量程范圍就足夠了。

5.3樣品架/臺,用于固定試樣的合適夾具。

5.4散熱器,用一直徑至少為100 mm,厚為38 mm的銅塊來支撐圓片試樣和起散熱器作用(圖3)。

它應(yīng)包括一個容納溫度計的小孔,使溫度計能放置在離試樣10mm范圍內(nèi)的散熱器中心區(qū)。散熱器上

放一片10 μm~25μm厚的云母片,使試樣和散熱器電絕緣。在云母片和銅塊間、溫度計孔中填充礦物

油活動有機(jī)硅散熱以減少熱阻。散熱器安放應(yīng)能使探針陣列中心在試樣中心的1mm以內(nèi)。散熱

排列成一直線的四根探針垂直地壓在距離邊緣6mm以上的平坦試樣表面上,將直流電流I在兩

外探針間通入試樣,測量內(nèi)側(cè)兩探針間所產(chǎn)生的電勢差V,根據(jù)測得的電流和電勢差值,按式(1)計算電

阻率。對圓片試樣還應(yīng)根據(jù)幾何修正因子進(jìn)行計算。測量示意圖見圖1.

p=2xs￥

..…………--…(1)

式中:

一電阻率,單位為歐姆厘米(Ω·cm);

V-測得的電勢差,單位為毫伏(mV);

I一通入的電流,單位為毫安(mA);

S一探針間距,單位為厘米(cm).

一用文字描述代替了原標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1551-1995和GB/T1552-1995中的若干記錄測試數(shù)據(jù)的

表格;

--修改了直排四探針法中計算公式;

--補(bǔ)充了干擾因素。

本標(biāo)準(zhǔn)由全國半導(dǎo)體設(shè)備和材料標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會提出。

本標(biāo)準(zhǔn)由全國半導(dǎo)體設(shè)備和材料標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會材料分技術(shù)委員會歸口。

本標(biāo)準(zhǔn)起草單位:信息產(chǎn)業(yè)部專用材料質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心、中國電子科技集團(tuán)公司第四十六研

究所。

本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人:李靜、何秀坤、張繼榮、段曙光。

本標(biāo)準(zhǔn)所代替標(biāo)準(zhǔn)的歷次版本發(fā)布情況為:

--GB1552-1979、GB1551--1979、GB5251--1985、GB5253-1985、GB 6615-1986;

GB/T 1551-1995、GB/T1552--1995。

按照硅片電阻率測量的國際標(biāo)準(zhǔn)（ASTM F84）及標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計制造該儀器設(shè)計符合GB/T 1551-2009 《硅單晶電阻率測定方法》、GB/T 1551-1995《硅、鍺單晶電阻率測定直流兩探針法》、GB/T 1552-1995《硅、鍺單晶電阻率測定直流四探針法》并參考美國 A.S.T.M 標(biāo)準(zhǔn)，本機(jī)配置232電腦接口及USB兩種接口，本機(jī)采用范德堡測量原理能改善樣品因幾何尺寸、邊界效應(yīng)、探針不等距和機(jī)械游移等外部因素對測量結(jié)果的影響及誤差，比市場上其他普通的四探針測試方法更加完善和進(jìn)步,特別是方塊電阻值較小的產(chǎn)品測量，更加準(zhǔn)確.

本儀器本儀器采用四探針單電測量法適用于生產(chǎn)企業(yè)、高等院校、科研部門，是檢驗和分析導(dǎo)體材料和半導(dǎo)體材料質(zhì)量的一種重要的工具。本儀器配置各類測量裝置可以測試不同材料。液晶顯示，無需人工計算，并帶有溫度補(bǔ)償功能，電阻率單位自動選擇，儀器自動測量并根據(jù)測試結(jié)果自動轉(zhuǎn)換量程，無需人工多次和重復(fù)設(shè)置。采用高精度AD芯片控制，恒流輸出，結(jié)構(gòu)合理、質(zhì)量輕便，運(yùn)輸安全、使用方便；選配：配備軟件可以由電腦操控，并保存和打印數(shù)據(jù)，自動生成報表；本儀器采用4.3吋大液晶屏幕顯示，同時顯示液晶顯示：電阻、電阻率、方阻、溫度、單位換算、溫度系數(shù)、電流、電壓、探針形狀、探針間距、厚度 、電導(dǎo)率，配置不同的測試治具可以滿足不同材料的測試要求。測試治具可以根據(jù)產(chǎn)品及測試項目要求選購

維護(hù)和保養(yǎng)

1 .使用者的維護(hù)

為了防止意外發(fā)生，請不要接觸機(jī)內(nèi)部件。本機(jī)器內(nèi)部所有的零件，絕對不需使用者的維護(hù)。如果機(jī)器有異常情況發(fā)生，請直接與瑞柯儀器公司廠家聯(lián)系或其的經(jīng)銷商給予維護(hù)。

2. 使用者的修改

使用者不得自行更改機(jī)器的線路或零件，如被更改機(jī)器后保修則自動失效并且本公司不負(fù)任何事故責(zé)任。在保修內(nèi)使用未經(jīng)我公司認(rèn)可的零件或附件造成故障也不予保證。如發(fā)現(xiàn)送回檢修的機(jī)器被更改，將機(jī)器的電路和零件修復(fù)回原來設(shè)計的狀態(tài)，并收取修護(hù)費用。

3.測試工作站

3.1工作位置

工作站的位置選擇必須安排在一般人員非必經(jīng)的處所，使非工作人員選離工作站。如果因為條件限制的安排而無法做到時，必須將工作站與其這它設(shè)施隔開并且特別標(biāo)明“測試工作站"。如果工作站與其它作業(yè)站非常接近時，必須特別注意安全的問題。在測試時必須標(biāo)明“測試執(zhí)行中，非工作人員請勿靠近"

4.輸入電源

輸入：220V±10%  使用頻率：50Hz

4.3.3工作場所

盡可能使用非導(dǎo)電的工作桌工作臺。操作人員和待測物之間不得使用任何金屬。操作人員的位置不得有跨越待測物去操作或調(diào)整測試儀器的現(xiàn)象。測試場所必須隨時保持整齊、干凈，不得雜亂無章。測試站及其周邊之空氣中不能含有可燃?xì)怏w或在易燃物質(zhì)。

4.3.4人員資格

本儀器為精密儀器，必須由訓(xùn)練合格的人員使用和操作。

4.3.5安全守則

操作人員必須隨時給予教育和訓(xùn)練，使其了解各種操作規(guī)則的重要性，并依安全規(guī)則操作。

4.3.6衣著規(guī)定

操作人員不可穿有金屬裝飾的衣服或戴金屬手飾和手表等，這些金屬飾物很容易造成意外的感電。

4.3.7醫(yī)學(xué)規(guī)定

絕對不能讓有心臟病或配戴心律調(diào)整器的人員操作。

4.4測試安全程序規(guī)定

一定要按照規(guī)定程序操作。操作人員必須確定能夠自主掌控各部位的控制開關(guān)和功能。

4.5安全要點

● 非合格的操作人員和不相關(guān)的人員應(yīng)遠(yuǎn)離測試區(qū)。

● 萬一發(fā)生問題，請立即關(guān)閉電源并及時處理故障原因。

直流導(dǎo)電電阻測試儀使用前期準(zhǔn)備--測試前準(zhǔn)備工作：

開機(jī)預(yù)熱：將220V電源插頭插入電源插座，打開電源開關(guān)，讓儀器預(yù)熱15分鐘，保證測試數(shù)據(jù)穩(wěn)定。若測試儀無常啟動，請按以下步驟檢查：

①檢查電源線是否接觸良好；

②檢查后面板上的電源開關(guān)是否已經(jīng)打開

③檢查保險絲是否熔斷，如有必要，請更換保險絲

④ 如經(jīng)上述檢查無誤后，測試儀仍未正常啟動，請聯(lián)系本公司進(jìn)行解決。