KDY-1說明書11.01.10復(fù)習(xí)課程

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。KDY-1說明書11.01.10-KDY-1型四探針電阻率/方阻測試儀使用說明書1、概述KDY-1型四探針電阻率/方阻測試儀（以下簡稱電阻率測試儀）是用來測量半導(dǎo)體材料（主要是硅單晶、鍺單晶、硅片）電阻率，以及擴(kuò)散層、外延層、ITO導(dǎo)電薄膜、導(dǎo)電橡膠方塊電阻的測量儀器。它主要由電氣測量部份（簡稱：主機(jī)）、測試架及四探針頭組成。本儀器的特點是主機(jī)配置雙數(shù)字表，在測量電阻率的同時，另一塊數(shù)字表（以萬分之幾的精度）適時監(jiān)測全程的電流變化，免除了測量電流/測量電阻率的轉(zhuǎn)換，更及時掌控測量電流。主機(jī)還提供精度為0

2、.05%的恒流源，使測量電流高度穩(wěn)定。本機(jī)配有恒流源開關(guān)，在測量某些薄層材料時，可免除探針尖與被測材料之間接觸火花的發(fā)生，更好地保護(hù)箔膜。儀器配置了本公司的專利產(chǎn)品：“小游移四探針頭”，探針游移率在0.10.2%。保證了儀器測量電阻率的重復(fù)性和準(zhǔn)確度。本機(jī)如加配HQ-710E數(shù)據(jù)處理器或KDY測量系統(tǒng)，測量硅片時可自動進(jìn)行厚度、直徑、探針間距的修正，并計算、打印出硅片電阻率、徑向電阻率的最大百分變化、平均百分變化、徑向電阻率不均勻度，給測量帶來很大方便。2、測試儀結(jié)構(gòu)及工作原理測試儀主機(jī)由主機(jī)板、電源板、前面板、后背板、機(jī)箱組成。電壓表、電流表、電流調(diào)節(jié)電位器、恒流源開關(guān)及各種選擇開關(guān)均裝在前

3、面板上（見圖2）。后背板上只裝有電源插座、電源開關(guān)、四探針頭連接插座、數(shù)據(jù)處理器連接插座及保險管（見圖3）。機(jī)箱底座上安裝了主機(jī)板及電源板，相互間均通過接插件聯(lián)接。儀器的工作原理如圖1所示：測試儀的基本原理仍然是恒流源給探針頭（1、4探針）提供穩(wěn)定的測量電流I（由DVM1監(jiān)測），探針頭（2、3）探針測取電位差V（由DVM2測量），由下式即可計算出材料的電阻率：厚度小于4倍探針間距的樣片均可按下式計算式中：VDVM2電壓的讀數(shù)，mV。IDVM1電流的讀數(shù)，mA。W被測樣片的厚度值以cm為單位。F（W/S）厚度修正系數(shù)，數(shù)值可查附錄2。F（S/D）直徑修正系數(shù)，數(shù)值可查附錄3。Fsp探針間距修正系

4、數(shù)。Ft溫度修正系數(shù)，數(shù)值可查附錄1。由于本機(jī)中已有小數(shù)點處理環(huán)節(jié)，因此使用時無需再考慮電流、電壓的單位問題。如果用戶配置了HQ-710E數(shù)據(jù)處理器只要置入厚度W、FSP、測量電流I等有關(guān)參數(shù)，一切計算、記錄均由它代勞了。如果沒有數(shù)據(jù)處理器（HQ-710E），用戶同樣可以依據(jù)上式用普通計算器算出準(zhǔn)確的樣片電阻率。對厚度大于4倍探針間距的樣片或晶錠，電阻率可按下式計算：=2SV/I（2）這是大家熟悉的樣品厚度和任一探針離樣品邊界的距離均大于4倍探針間距（近似半無穹大的邊界條件），無需進(jìn)行厚度、直徑修正的經(jīng)典公式。此時如用間距S=1mm的探頭，電流I(DVM1)選擇0.628；用S=1.59mm的

5、探頭，電流I(DVM1)選擇0.999，即可從本儀器的電壓表V（DVM2）上直接讀出電阻率。為了描述擴(kuò)散薄層的導(dǎo)電性能,引入方塊電阻的概念。我們?nèi)绻陂L為S,寬為T,厚度為W的薄層上測電阻：R=/WR=S/TW=(/W)S/T=RS/T若使S=T,即在薄層的一個正方形面積上測電阻:R=RS/T=R從上式可以看出，當(dāng)S=T時，R=R，R表示一個正方形薄層的電阻，它與正方形邊長無關(guān)，這是取名方塊電阻的緣由。用KDY-1測量方塊電阻時，計算公式為：R=/W=V/IF(S/D)F(W/S)FSPFt由于擴(kuò)散層很薄,當(dāng)厚度W趨近于0時,F(W/S)趨近1，查附錄2.R=V/IF(S/D)FSPFt由于方

6、塊電阻與正方形邊長無關(guān),當(dāng)直徑D趨近于無窮大時,F(S/D)趨近4.532，查附錄3.R=V/IF(S/D)FSPFt=V/I4.532FSPFt當(dāng)I=4.532時,R=VFSPFt所以取I=4.532時,從KDY-1右邊的電壓表(DVM2)上即可直接讀出擴(kuò)散薄層的方塊電阻R。備注：在測量方塊電阻時/R鍵要選擇在R檔，僅在電流0.01mA檔時電壓表最后一位數(shù)溢出（其他檔位可以正常讀數(shù)），故讀數(shù)時需要注意，如電流在0.01mA檔時電壓表讀數(shù)為12345，則實際方塊電阻的讀數(shù)應(yīng)該是123450R。3、使用方法（1）主機(jī)面板、背板介紹儀器除電源開關(guān)在背板外其它控制部分均安裝在面板上，面板的左邊集中了

7、所有與測量電流有關(guān)的顯示和控制部份，電流表（DMV1）顯示各檔電流值，電流選擇按鈕供電流選檔用，220V電源接通后儀器自動選擇在常用的1.0mA檔，此時1.0上方的紅色指示燈亮，隨著選擇開關(guān)的按動，指示燈在不同的檔位亮起，直選到檔位合適為止。打開恒流源，上方指示燈亮，電流表顯示電流值，調(diào)節(jié)粗調(diào)旋鈕使前三位數(shù)達(dá)到目標(biāo)值，再調(diào)細(xì)調(diào)旋鈕使后兩位數(shù)達(dá)到目標(biāo)值。這樣就完成了電流調(diào)節(jié)工作，此時我們可以把注意力集中到右邊，面板的右邊集中了所有電壓測量有關(guān)的控制部件，電壓表（DMV2）顯示各檔（/R手動/自動）的正向、反向電壓測量值。/R鍵必須選對，否則測量值會相差10倍；同樣手/自動檔也必須選對，否則儀器拒

8、絕工作。后背板上主要安裝的是電纜插座，圖上標(biāo)得很清楚，安裝時請注意插頭與插座的對位標(biāo)志。因為在背后容易漏插，松動時不易被發(fā)現(xiàn)，所以安裝必須插全、插牢。（2）使用儀器前將電源線、測試架聯(lián)接線、主機(jī)與數(shù)據(jù)處理器的連接線（如使用處理器）聯(lián)接好，并注意一下測試架上是否已接好探針頭。電源線插頭插入220V座插后，開啟背板上的電源開關(guān)，此時前面板上的數(shù)字表、發(fā)光二極管都會亮起來。探針頭壓在被測單晶上，打開恒流源開關(guān)，左邊的表顯示從1、4探針流入單晶的測量電流，右邊的表顯示電阻率（測單晶錠時）或2、3探針間的電位差。電流大小通過旋轉(zhuǎn)前面板左下方的兩個電位器旋鈕加以調(diào)節(jié)，其它正、反向測量、/R選擇、自動/手動

9、測量都通過前面板上可自鎖的按鈕開關(guān)控制。（3）儀器測量電流分五檔：0.01mA（10A）、0.1mA（100A）、1mA、10mA、100mA，讀數(shù)方法如下：在0.01mA檔顯示5位數(shù)時：10000表示電流為：0.01mA（10A）又如在0.01mA檔顯示：06282即表示電流為：6.28A在0.1mA檔顯示5位數(shù)時：10000表示電流為：0.1mA（100A）又如在0.1mA檔顯示：04532表示電流為：45.32A在1mA檔顯示5位數(shù)時：10000表示電流為：1mA又如在1mA檔顯示：06282表示電流為：0.6282mA同樣在10mA檔顯示：10000表示電流為：10mA顯示：04532

10、表示電流為：4.532mA100mA檔顯示：10000表示電流為：100mA顯示：06282表示電流為：62.82mA電流檔的選擇采用循環(huán)步進(jìn)式的選擇方式，在儀器面板上有一個電流選擇按鈕，每按一次進(jìn)一檔，儀器通電后自動設(shè)定在常用的1.0mA檔，如果你不斷地按下“電流選擇”按鈕，電流檔位按下列順序不斷地循環(huán)。1.0mA10mA100mA0.01mA0.1mA1.0mA10mA可以快速找到你所需要的檔位。根據(jù)國標(biāo)GB/T1552-1995，不同電阻率硅試樣所需要的電流值如下表所示：電阻率，.cm電流,mA推薦的園片測量電流值0.031001000.030.30100250.33102.533010

11、.25303000.10.02530030000.010.0025根據(jù)ASTMF374-84標(biāo)準(zhǔn)方法測量方塊電阻所需要的電流值如下表所示：方塊電阻電流,mA2.0251020250120025000.12000250000.01（4）恒流源開關(guān)是在發(fā)現(xiàn)探針帶電壓觸被測材料影響測量數(shù)據(jù)（或材料性能）時，再使用，即先讓探針頭壓觸在被測材料上，后開恒流源開關(guān)，避免接觸瞬間打火。為了提高工作效率，如探針帶電壓觸單晶對材料及測量并無影響時，恒流源開關(guān)可一直處于開的狀態(tài)。4（5）正、反向測量開關(guān)只有在手動狀態(tài)下才能人工操作，在自動狀態(tài)下由數(shù)據(jù)處理器控制，因此在手動狀態(tài)下正反向開關(guān)不起作用時，先檢查手動/自

12、動開關(guān)是否處于手動狀態(tài)。相反在使用數(shù)據(jù)處理器測量材料電阻率時，儀器必須處于自動狀態(tài)，否則數(shù)據(jù)處理拒絕工作。（6）在使用數(shù)據(jù)處理器自動計算及記錄時，必須嚴(yán)格按照使用說明操作，特別注意輸入數(shù)據(jù)的位數(shù)。有關(guān)數(shù)據(jù)處理器的使用方法請仔細(xì)閱讀HQ-710E操作說明。4、使用程序及注意事項(1)儀器接通電源,經(jīng)預(yù)熱30分鐘后,方可進(jìn)行測量.(2)儀器如經(jīng)過劇烈的環(huán)境條件變化或長期不使用,在首次使用時應(yīng)通電預(yù)熱2-3小時.方可進(jìn)行測量.(3)在測量過程中應(yīng)注意電源電壓不要超過儀器的過載允許值,5、日常維護(hù)及使用（1）探針頭：因測量時探針針尖經(jīng)常接觸被測材料，針尖易被沾污，需定時用無水酒精棉球清潔探針針尖，保證

13、探針針尖良好的與被測物體接觸。警告：如需打開探針頭維修，必須按照規(guī)定的步驟操作，不然極易損壞探針頭（2）整機(jī)測量精度：整機(jī)測量初始精度:1-1000歐姆厘米3%，在使用過程中因探針針尖不斷壓在被測物體上，會造成探針針尖逐漸變鈍，引起探針間距修正系數(shù)在不斷的變化，因此需要定期校準(zhǔn)儀器;如整機(jī)測量校準(zhǔn)樣片時,測量值偏大于4，那么在測量時需要把測量電流降低4，以保證整機(jī)的測量精度。（3）故障分析：故障現(xiàn)象排除方式測量時無電流1.用導(dǎo)線或金屬鑷子短路主機(jī)探針頭連接線插座中的1,4針，如果短路后儀器無電流顯示，說明儀器主機(jī)有故障2.更換探針頭、連接線（探針頭與連接線故障率較高）3.主機(jī)上恒流源開關(guān)未開，

14、按下恒流源開關(guān)即可開電源開關(guān)后無顯示檢查保險絲、電源連線測量數(shù)值不穩(wěn)1.檢查四探針頭探針針尖是否磨損嚴(yán)重，如針尖磨損嚴(yán)重需要及時更換探針頭2.檢查被測物體表面或探針針尖是否清潔3.檢查探針壓力是否偏低（探針合力:測棒8N，測片6N，測薄膜4N）4.更換探針頭連接線5.電源干擾（儀器不能與高頻設(shè)備或大功率設(shè)備共用電源且無任何隔離屏蔽措施）6.將儀器校準(zhǔn)頭（選購件）插在儀器后的四芯插座里,檢測是儀器主機(jī)故障還是外置部分故障（探針頭、連接線或測試架）.6、主機(jī)技術(shù)能數(shù)（1）測量范圍：可測電阻率：0.000119000cm可測方塊電阻：0.001190000（2）恒流源：輸出電流：DC0.001100

15、mA五檔連續(xù)可調(diào)量程：0.0010.01mA0.010.10mA0.101.0mA1.010mA10100mA恒流精度：各檔均低于0.05%（3）直流數(shù)字電壓表：測量范圍：0199.99mV靈敏度：10V基本誤差：（0.004%讀數(shù)+0.01%滿度）輸入阻抗：1000M（4）測量精度：電器精度：11000歐姆0.3%整機(jī)測量精度：11000歐姆厘米3%（5）供電電源：AC220V10%50/60Hz功率：12W（6）使用環(huán)境：溫度：232相對濕度：65%無較強(qiáng)的電場干擾，電源隔離濾波，無強(qiáng)光直接照射（7）重量、體積：主機(jī)重量：7.5kg體積：365380160（單位：mm長度寬度高度）附錄1.

16、1溫度修正系數(shù)表T=FT23標(biāo)稱電阻率.cm溫度FTC0.0050.010.11510100.97680.99690.95500.90970.90100.9010120.98030.99700.96170.92320.91570.9140140.98380.99720.96800.93700.93020.9290160.98730.99750.97470.95020.94500.9440180.99080.99840.98150.96350.96000.9596200.99430.99860.98900.97850.97600.9758220.99820.99990.99620.99270.9

17、9200.9920231.00001.00001.00001.00001.00001.0000241.00161.00031.00371.00751.00801.0080261.00451.00091.01071.02221.02401.0248281.00861.00161.01871.03651.04001.0410301.01211.00281.02521.05241.05701.0606注：溫度修正系數(shù)表的數(shù)據(jù)來源于中國計量科學(xué)研究院。附錄1.2溫度修正系數(shù)表(續(xù)1)T=FT23標(biāo)稱電阻率.cm溫度FTC25(17.549.9)75(50.0127.49)180(127.5214.9)

18、250/500/1000(215)100.90200.90120.90060.8921120.91380.91380.91400.9087140.92750.92750.92780.9253160.94220.94250.94280.9419180.95820.95800.95820.9585200.97480.97500.97500.9751220.99150.99200.99220.9919231.00001.00001.00001.0000241.00781.00801.00821.0083261.02481.02511.02521.0249281.04401.04281.04141.0

19、415301.06001.06101.06121.0581注：溫度修正系數(shù)表的數(shù)據(jù)來源于中國計量科學(xué)研究院。附錄2.厚度修正系數(shù)F(W/S)為圓片厚度W與探針間距S之比的函數(shù)W/SF(W/S)W/SF(W/S)W/SF(W/S)W/SF(W/S)0.400.99930.410.99920.420.99900.430.99890.440.99870.450.99860.460.99840.470.99810.480.99780.490.99760.500.99750.510.99710.520.99670.530.99620.540.99580.550.99530.560.99470.570.9

20、9410.580.99340.590.99270.600.99200.610.99120.620.99030.630.98940.640.98850.650.98750.660.98650.670.98530.680.98420.690.98300.700.98180.710.98040.720.97910.730.97770.740.97620.750.97470.760.97310.770.97150.780.96990.790.96810.800.96640.810.96450.820.96270.830.96080.840.95880.850.95660.860.95470.870.9

21、5260.880.95050.890.94830.900.94600.910.94380.920.94140.930.93910.940.93670.950.93430.960.93180.970.92930.980.92630.990.92421.00.9211.20.8641.40.8031.60.7421.80.6852.00.6342.20.5872.40.5462.60.5102.80.4773.00.4483.20.4223.40.3993.60.3783.80.3594.00.342注：厚度修正系數(shù)表的數(shù)據(jù)來源于國標(biāo)GB/T1552-1995硅、鍺單晶電阻率測定直排四探針法附錄3

22、.直徑修正系數(shù)F（S/D）為探針間距S與圓片直徑D之比的函數(shù)S/DF2S/DF2S/DF204.53240.0954.20390.193.450.0054.53140.14.17120.1953.40630.014.52840.1054.13740.23.36250.0154.52350.114.10250.213.27490.024.51670.1154.06660.223.18740.0254.5080.124.02970.233.10050.034.49730.1253.9920.243.01420.0354.48480.133.95350.252.92890.044.47040.135

23、3.91420.262.84450.0454.45430.143.87430.272.76130.054.43640.1453.83370.282.67930.0554.41670.153.79260.292.59880.064.39540.1553.75090.32.51960.0654.37240.163.70890.312.44180.074.34790.1653.66640.322.36560.0754.32190.173.62360.332.29080.084.29440.1753.58051/32.26620.0854.26550.183.53720.094.23530.1853.

24、4937當(dāng)S/D=無窮小時，F(xiàn)（S/D）=3.14/ln2=4.5324，當(dāng)S/D=1/3（極端情況）時，F(xiàn)(S/D)=3.14/2ln2=2.2662注：直徑修正系數(shù)表的數(shù)據(jù)來源于國標(biāo)GB/T1552-1995硅、鍺單晶電阻率測定直排四探針法例如硅片厚度是0.2mm，探針間距S=1.00mm，硅片直徑100mm，F(xiàn)SP探針間距修正系數(shù)：這個系數(shù)每個探針頭的都不一樣，這里就假設(shè)為1厚度修正系數(shù)W/S0.2/1=0.2查表最小為F(0.4)0.9993，那么F(0.2)約=1直徑修正系數(shù)S/D1/100=0.01查表F(0.01)=4.5284=V/IWF(W/S)F(S/D)FSP為了讓電壓值

25、等于電阻率讓電流IWF(W/S)F(S/D)FSP0.0214.5281=0.09056（式中厚度單位是cm）這樣電流就可以和后面的修正系數(shù)約掉就剩=V，儀器的小數(shù)點本身已經(jīng)考慮好了小數(shù)點的移位問題，所以可以直接讀電阻率的也就是每次測之前先測圓片的厚度和直徑，再計算出電流，再把儀器的測試電流調(diào)到0.09056安培，測出的電壓值就是電阻率一般單位硅片規(guī)格基本一致的，所以實際使用時電流基本不用老調(diào)的也就等于電流表顯示906顯示10001相當(dāng)于1.0001，那么0.0906在電流表顯示就是906如果不知道電阻率，那么通過換不同的電流，看看那檔電壓表能最少有三位數(shù)顯示就選那檔我們電阻率在1-3之間，那

26、么一般是10mA檔或1mA檔正常使用是每天開機(jī)前校準(zhǔn)儀器的，如果測標(biāo)準(zhǔn)硅片結(jié)果有偏差，比如說1.00,實際測出是1.10，那么通過減小標(biāo)稱電流使電壓表顯示為1.00，計算出相差的%比，以后測這個電阻率范圍的產(chǎn)品都算上這個系數(shù)就可以了8附件：KD探針頭安裝說明一、接插件使用說明：插入時：請將箭頭對，手拿插頭的尾部附件，稍向前推，聽見“卡嚓”聲響，表示連接完成并已鎖緊；拔出時：手握插頭中部滾花部位往外一拔即可。特別注意：所用接插件為拔插式（帶自鎖），接入或拔出時切勿用手旋轉(zhuǎn)插頭或裝在探頭上的插座，否則會擰斷內(nèi)部引線。二、安裝說明：如您準(zhǔn)備安裝在套筒內(nèi)徑為26的測試架上，可將探頭尾部的屏蔽線先穿入套

27、筒，并從頂部的小孔中穿出，后將尾部直接插入套筒，擰緊帶螺紋的套環(huán)即可。附件：探針頭拆裝操作說明書一、概述本公司生產(chǎn)的測試探針頭屬貴重精密儀器，探針是用耐磨的硬質(zhì)合金制造而成，經(jīng)久耐用，但比較脆，千萬不要碰撞晶體或摔到地上。此探針頭各零部件的聯(lián)接多采用螺紋與焊接聯(lián)接，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零部件細(xì)小，拆裝方式不正確的話很容易對探針頭造成損壞，從而不能正常工作。為便于您在使用過程中碰到測量異常情況時拆裝探針頭以判斷及維護(hù)，避免損壞探針頭，以下將向您具體說明本公司探針頭的正確拆裝方法。二、目的方便用戶在使用過程中碰到測量異常情況時拆裝探針頭以自行判斷及維護(hù)，避免損壞探針頭，確保探針頭正常工作。三、適用范圍昆德公司生產(chǎn)的所有測試探針頭，包括兩探針頭、三探針頭、四探針頭。四、裝配說明如下圖（一）所示，探