KDY-1說(shuō)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(shuō)明書11.01.10-KDY-1型四探針電阻率/方阻測(cè)試儀使用說(shuō)明書1、概述KDY-1型四探針電阻率/方阻測(cè)試儀（以下簡(jiǎn)稱電阻率測(cè)試儀）是用來(lái)測(cè)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(cè)量?jī)x器。它主要由電氣測(cè)量部份（簡(jiǎn)稱：主機(jī)）、測(cè)試架及四探針頭組成。本儀器的特點(diǎn)是主機(jī)配置雙數(shù)字表，在測(cè)量電阻率的同時(shí)，另一塊數(shù)字表（以萬(wàn)分之幾的精度）適時(shí)監(jiān)測(cè)全程的電流變化，免除了測(cè)量電流/測(cè)量電阻率的轉(zhuǎn)換，更及時(shí)掌控測(cè)量電流。主機(jī)還提供精度為0

2、.05%的恒流源，使測(cè)量電流高度穩(wěn)定。本機(jī)配有恒流源開關(guān)，在測(cè)量某些薄層材料時(shí)，可免除探針尖與被測(cè)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(cè)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(cè)量系統(tǒng)，測(cè)量硅片時(shí)可自動(dòng)進(jìn)行厚度、直徑、探針間距的修正，并計(jì)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(cè)量帶來(lái)很大方便。2、測(cè)試儀結(jié)構(gòu)及工作原理測(cè)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(xiǎn)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(guò)接插件聯(lián)接。儀器的工作原理如圖1所示：測(cè)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(cè)量電流I（由DVM1監(jiān)測(cè)），探針頭（2、3）探針測(cè)取電位差V（由DVM2測(cè)量），由下式即可計(jì)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(jì)算式中：VDVM2電壓的讀數(shù)，mV。IDVM1電流的讀數(shù)，mA。W被測(cè)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(diǎn)處理環(huán)節(jié)，因此使用時(shí)無(wú)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(cè)量電流I等有關(guān)參數(shù)，一切計(jì)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(jì)算器算出準(zhǔn)確的樣片電阻率。對(duì)厚度大于4倍探針間距的樣片或晶錠，電阻率可按下式計(jì)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(wú)穹大的邊界條件），無(wú)需進(jìn)行厚度、直徑修正的經(jīng)典公式。此時(shí)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(zhǎng)為S,寬為T,厚度為W的薄層上測(cè)電阻：R=/WR=S/TW=(/W)S/T=RS/T若使S=T,即在薄層的一個(gè)正方形面積上測(cè)電阻:R=RS/T=R從上式可以看出，當(dāng)S=T時(shí)，R=R，R表示一個(gè)正方形薄層的電阻，它與正方形邊長(zhǎng)無(wú)關(guān)，這是取名方塊電阻的緣由。用KDY-1測(cè)量方塊電阻時(shí)，計(jì)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(shí),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(zhǎng)無(wú)關(guān),當(dāng)直徑D趨近于無(wú)窮大時(shí),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(shí),R=VFSPFt所以取I=4.532時(shí),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(cè)量方塊電阻時(shí)/R鍵要選擇在R檔，僅在電流0.01mA檔時(shí)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(shí)需要注意，如電流在0.01mA檔時(shí)電壓表讀數(shù)為12345，則實(shí)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(cè)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(dòng)選擇在常用的1.0mA檔，此時(shí)1.0上方的紅色指示燈亮，隨著選擇開關(guān)的按動(dòng)，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(shí)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(cè)量有關(guān)的控制部件，電壓表（DMV2）顯示各檔（/R手動(dòng)/自動(dòng)）的正向、反向電壓測(cè)量值。/R鍵必須選對(duì)，否則測(cè)量值會(huì)相差10倍；同樣手/自動(dòng)檔也必須選對(duì)，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(shí)請(qǐng)注意插頭與插座的對(duì)位標(biāo)志。因?yàn)樵诒澈笕菀茁┎?，松?dòng)時(shí)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(cè)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(cè)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(shí)前面板上的數(shù)字表、發(fā)光二極管都會(huì)亮起來(lái)。探針頭壓在被測(cè)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(cè)量電流，右邊的表顯示電阻率（測(cè)單晶錠時(shí)）或2、3探針間的電位差。電流大小通過(guò)旋轉(zhuǎn)前面板左下方的兩個(gè)電位器旋鈕加以調(diào)節(jié)，其它正、反向測(cè)量、/R選擇、自動(dòng)/手動(dòng)

9、測(cè)量都通過(guò)前面板上可自鎖的按鈕開關(guān)控制。（3）儀器測(cè)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(shí)：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(shí)：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(shí)：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(gè)電流選擇按鈕，每按一次進(jìn)一檔，儀器通電后自動(dòng)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(guó)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(cè)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(cè)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(cè)材料影響測(cè)量數(shù)據(jù)（或材料性能）時(shí)，再使用，即先讓探針頭壓觸在被測(cè)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(duì)材料及測(cè)量并無(wú)影響時(shí)，恒流源開關(guān)可一直處于開的狀態(tài)。4（5）正、反向測(cè)量開關(guān)只有在手動(dòng)狀態(tài)下才能人工操作，在自動(dòng)狀態(tài)下由數(shù)據(jù)處理器控制，因此在手動(dòng)狀態(tài)下正反向開關(guān)不起作用時(shí)，先檢查手動(dòng)/自

12、動(dòng)開關(guān)是否處于手動(dòng)狀態(tài)。相反在使用數(shù)據(jù)處理器測(cè)量材料電阻率時(shí)，儀器必須處于自動(dòng)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(dòng)計(jì)算及記錄時(shí)，必須嚴(yán)格按照使用說(shuō)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(qǐng)仔細(xì)閱讀HQ-710E操作說(shuō)明。4、使用程序及注意事項(xiàng)(1)儀器接通電源,經(jīng)預(yù)熱30分鐘后,方可進(jìn)行測(cè)量.(2)儀器如經(jīng)過(guò)劇烈的環(huán)境條件變化或長(zhǎng)期不使用,在首次使用時(shí)應(yīng)通電預(yù)熱2-3小時(shí).方可進(jìn)行測(cè)量.(3)在測(cè)量過(guò)程中應(yīng)注意電源電壓不要超過(guò)儀器的過(guò)載允許值,5、日常維護(hù)及使用（1）探針頭：因測(cè)量時(shí)探針針尖經(jīng)常接觸被測(cè)材料，針尖易被沾污，需定時(shí)用無(wú)水酒精棉球清潔探針針尖，保證

13、探針針尖良好的與被測(cè)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(cè)量精度：整機(jī)測(cè)量初始精度:1-1000歐姆厘米3%，在使用過(guò)程中因探針針尖不斷壓在被測(cè)物體上，會(huì)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(cè)量校準(zhǔn)樣片時(shí),測(cè)量值偏大于4，那么在測(cè)量時(shí)需要把測(cè)量電流降低4，以保證整機(jī)的測(cè)量精度。（3）故障分析：故障現(xiàn)象排除方式測(cè)量時(shí)無(wú)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(wú)電流顯示，說(shuō)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(wú)顯示檢查保險(xiǎn)絲、電源連線測(cè)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(shí)更換探針頭2.檢查被測(cè)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(cè)棒8N，測(cè)片6N，測(cè)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(wú)任何隔離屏蔽措施）6.將儀器校準(zhǔn)頭（選購(gòu)件）插在儀器后的四芯插座里,檢測(cè)是儀器主機(jī)故障還是外置部分故障（探針頭、連接線或測(cè)試架）.6、主機(jī)技術(shù)能數(shù)（1）測(cè)量范圍：可測(cè)電阻率：0.000119000cm可測(cè)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(cè)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(cè)量精度：電器精度：11000歐姆0.3%整機(jī)測(cè)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(duì)濕度：65%無(wú)較強(qiáng)的電場(chǎng)干擾，電源隔離濾波，無(wú)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(zhǎng)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(lái)源于中國(guó)計(jì)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(lái)源于中國(guó)計(jì)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(lái)源于國(guó)標(biāo)GB/T1552-1995硅、鍺單晶電阻率測(cè)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(wú)窮小時(shí)，F(xiàn)（S/D）=3.14/ln2=4.5324，當(dāng)S/D=1/3（極端情況）時(shí)，F(xiàn)(S/D)=3.14/2ln2=2.2662注：直徑修正系數(shù)表的數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)標(biāo)GB/T1552-1995硅、鍺單晶電阻率測(cè)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(gè)系數(shù)每個(gè)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(diǎn)本身已經(jīng)考慮好了小數(shù)點(diǎn)的移位問題，所以可以直接讀電阻率的也就是每次測(cè)之前先測(cè)圓片的厚度和直徑，再計(jì)算出電流，再把儀器的測(cè)試電流調(diào)到0.09056安培，測(cè)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(shí)際使用時(shí)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(guò)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(cè)標(biāo)準(zhǔn)硅片結(jié)果有偏差，比如說(shuō)1.00,實(shí)際測(cè)出是1.10，那么通過(guò)減小標(biāo)稱電流使電壓表顯示為1.00，計(jì)算出相差的%比，以后測(cè)這個(gè)電阻率范圍的產(chǎn)品都算上這個(gè)系數(shù)就可以了8附件：KD探針頭安裝說(shuō)明一、接插件使用說(shuō)明：插入時(shí)：請(qǐng)將箭頭對(duì)，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(shí)：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(shí)切勿用手旋轉(zhuǎn)插頭或裝在探頭上的插座，否則會(huì)擰斷內(nèi)部引線。二、安裝說(shuō)明：如您準(zhǔn)備安裝在套筒內(nèi)徑為26的測(cè)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(shuō)明書一、概述本公司生產(chǎn)的測(cè)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(wàn)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(duì)探針頭造成損壞，從而不能正常工作。為便于您在使用過(guò)程中碰到測(cè)量異常情況時(shí)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(shuō)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(guò)程中碰到測(cè)量異常情況時(shí)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(cè)試探針頭，包括兩探針頭、三探針頭、四探針頭。四、裝配說(shuō)明如下圖（一）所示，探