半導體單晶測量接觸電阻的方法

Ⅰ 如何測半導體電阻率

半導體電阻率的多種測量方法應用與注意事項依據摻雜水平的不同，半導體材料可能有很高的電阻率。有幾種因素可能會使測量這些材料電阻率的工作復雜化，其中包括與材料實現良好接觸的問題。已經設計出專門的探頭來測量半導體晶圓片和半導體棒的電阻率。這些探頭通常使用硬金屬，如鎢來製作，並將其磨成一個探針。在這種情況下接觸電阻非常高，所以應當使用四點同線（collinear）探針或者四線隔離探針。其中兩個探針提供恆定的電流，而另外兩個探針測量一部分樣品上的電壓降。利用被測電阻的幾何尺寸因素，就可以計算出電阻率。 看起來這種測量可能是直截了當的，但還是有一些問題需要加以注意。對探針和測量引線進行良好的屏蔽是非常重要的，其理由有三點： 1 電路涉及高阻抗，所以容易受到靜電干擾。 2 半導體材料上的接觸點能夠產生二極體效應，從而對吸收的信號進行整流，並將其作為直流偏置顯示出來。 3 材料通常對光敏感。 四探針技術 四點同線探針電阻率測量技術用四個等距離的探針和未知電阻的材料接觸。此探針陣列放在材料的中央。圖4-25是這種技術的圖示。

為了避免泄漏電流，使用隔離的或者帶保護的探頭與樣品接觸。電流源應當處於保護模式。

Ⅱ 電阻的測量方法

乍一看到把電阻測量作為一章可能感到奇怪。畢竟每一位電子工程系的學生第一周內就會學到確定阻值的最簡單的歐姆定律:

V = I ×R (公式6.1)

盡管這一公式非常簡潔，但精確測量電阻實際是極富挑戰性的參數測量。因為公式過於簡單化，忽略了電阻會產生熱量，繼而又反過來影響電阻值本身這一事實。因此應將上述公式更准確地重寫為:

V = I×R (T) (公式6.2)

公式中電阻(R) 是溫度(T) 的函數。通常把這種被測電阻實際值隨電流產生熱量而變化的現象稱為焦耳自熱效應。

另一項需考慮的因素是電阻測量所用電纜的電阻。在測量非常小的電阻時，必須使用開爾文測量技術。我們已在前面幾章中介紹了開爾文測量基礎知識，您可以把這些技術直接用於電阻測量。但須指出的是焦耳自熱效應和電纜電阻的組合使電阻測量更具挑戰性。為減少焦耳自熱，您需要減小流入被測電阻的電流(降低功率)。但為區別小電流流過電纜的壓降和流過被測電 阻的壓降，將要求測量設備具有非常精確的電壓測量能力。基於上述原因， 電阻測量往往要求1 mV 以上的電壓測量分辨能力。

Ⅲ 什麼是接觸電阻連接器接觸阻抗測試方法是什麼

接觸電阻就是電流流過閉合的接觸點對時的電阻.

測試方法

接觸電阻的測量一般都採用開爾文四線法原理。 開爾文四線法連接有兩個要求：對於每個測試點都 有一條激勵線F和一條檢測線S，二者嚴格分開，各 自構成獨立迴路；同時要求S線必須接到一個有極 高輸入阻抗的測試迴路上，使流過檢測線S的電流 極小，近似為零.

見圖1。圖1中r表示引線電阻和探 針與測試點的接觸電阻之和。由於流過測試迴路的 電流為零，在 r3，r4上的壓降也為零，而激勵電流 I在r1，r2上的壓降不影響I在被測電阻上的壓降，所 以電壓表測出的電壓降即為Rt兩端的電壓值。從而 准確測量出R t的阻值。測試結果和r無關,有效地減 小了測量誤差。

接觸電阻測量原理:由於四線法測量接觸電阻採用10mA/100mA的 恆流源，故測量接觸電阻的實質是測量微動接觸電 壓。

使用Chroma毫歐姆表測量接觸電阻的原理見 圖2：

接觸電阻測量原理:圖2所測電阻即為接點接觸時的電阻，其中的恆 流源用來為接觸區域提供電流I，電壓表用來測量 P+和P-之間的電壓降V，由於電壓表內阻相對於所 測接觸電阻來說相當大(大到使電壓表上分得的電流 可以忽略不計)，可以認為電壓表所測電壓V即為P+ 和P-之間的電壓值，從而電壓V與電流I的比值即為 電阻值。但由於接觸區域非常小，按圖中的接線得 到的是P+和P-之間的電阻值。為了使測得的數據盡 量接近真實的接觸電阻值，應使得P+和P-接線端盡 量靠近接觸區域 ，避免在測量結果中計入測試引線 和體積電阻產生的電壓降 。

Ⅳ 四探針法消除接觸電阻的原理

KDY—1型四探針電阻率/方阻測試儀

使 用 說 明 書

廣州市昆德科技有限公司

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）是用來測量半導體材料（主要是硅單晶、鍺單晶、矽片）電阻率，以及擴散層、外延層、ITO導電薄膜、導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）、測試架及四探針頭組成。
本儀器的特點是主機配置雙數字表，在測量電阻率的同時，另一塊數字表（以萬分之幾的精度）適時監測全程的電流變化，免除了測量電流/測量電阻率的轉換，更及時掌控測量電流。主機還提供精度為0.05%的恆流源，使測量電流高度穩定。本機配有恆流源開關，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生，更好地保護箔膜。儀器配置了本公司的專利產品：「小游移四探針頭」，探針游移率在0.1～0.2%。保證了儀器測量電阻率的重復性和准確度。本機如加配HQ-710E數據處理器，測量矽片時可自動進行厚度、直徑、探針間距的修正，並計算、列印出矽片電阻率、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、測試儀結構及工作原理
測試儀主機由主機板、電源板、前面板、後背板、機箱組成。電壓表、電流表、電流調節電位器、恆流源開關及各種選擇開關均裝在前面板上（見圖2）。後背板上只裝有電源插座、電源開關、四探針頭連接插座、數據處理器連接插座及保險管（見圖3）。機箱底座上安裝了主機板及電源板，相互間均通過接插件聯接。儀器的工作原理如圖1所示：

測試儀的基本原理仍然是恆流源給探針頭（1、4探針）提供穩定的測量電流I（由DVM1監測），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：
厚度小於4倍探針間距的樣片均可按下式計算

式中：V——DVM2的讀數，mV。
I——DVM1的讀數，mA。
W——被測樣片的厚度值以cm為單位。
F（W/S）——厚度修正系數，數值可查附錄二。
F（S/D）——直徑修正系數，數值可查附錄三。
Fsp——探針間距修正系數。
Ft——溫度修正系數，數值可查附錄一。
由於本機中已有小數點處理環節，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數據處理器只要置入厚度W、FSP、測量電流I等有關參數，一切計算、記錄均由它代勞了。如果沒有數據處理器（HQ-710E），用戶同樣可以依據上式用普通計算器算出准確的樣片電阻率。
對厚度大於4倍探針間距的樣片或晶錠，電阻率可按下式計算：
ρ=2πSV/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於4倍探針間距（近似半無穹大的邊界條件），無需進行厚度、直接修正的經典公式。此時如用間距S=1mm的探頭，電流I選擇0.628；用S=1.59mm的探頭，電流I選擇0.999，即可從本儀器的電壓表（DVM2）上直接讀出電阻率。
用KDY-1測量導電薄膜、硅的異型外延層、擴散層、導電薄膜的方塊電阻時，計身算公式為：
R = V/I F(D/S) F(W/S)FSP
由於導電層非常薄故F(W/S)=1，所以只要選取電流 I=F(D/S) FSP, ，F(D/S)=4.532
測量時電流調節到04532，ρ/R選擇在R燈亮
從KDY-1右邊的電壓表(DVM2)上即可直接讀出擴散薄層的方塊電阻R 。
備註：在測量方塊電阻時ρ/R選擇要在R，僅在電流0.01mA檔時電壓表最後一位數溢出（其它檔位可以正常讀數），故讀數時需要注意，如電流在0.01檔時電壓表讀數為00123，實際讀數應該是001230.。
3、使用方法
（1）主機面板、背板介紹

儀器除電源開關在背板外其它控制部分均安裝在面板上，面板的左邊集中了所有與測量電流有關的顯示和控制部份，電流表（DMV1）顯示各檔電流值，電流選擇值（隨運按鈕）供電流選檔用，～220V電源接通後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。打開恆流源，上方指示燈亮，電流表顯示電流值，調節粗調旋鈕使前三位數達到目標值，再調細調旋鈕使後兩位數達到目標值。這樣就完成了電流調節工作，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的控制部件，電壓表（DMV2）顯示各檔（ρ/R手動/自動）的正向、反向電壓測量值。ρ/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，否則儀器拒絕工作。

後背板上主要安裝的是電纜插座，圖上標得很清楚，安裝時請注意插頭與插座的對位標志。因為在背後容易漏插，松動時不易被發現，所以安裝必須插全、插牢。
（2）使用儀器前將電源線、測試架聯接線、主機與數據處理器的聯接線（如使用處理器）聯接好，並注意一下測試架上是否已接好探針頭。電源線插頭插入～220V座插後，開啟背板上的電源開關，此時前面板上的數字表、發光二極體都會亮起來。探針頭壓在被測單晶上，打開恆流源開關，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。電流大小通過旋轉前面板左下方的兩個電位器旋鈕加以調節，其它正、反向測量、ρ/R選擇、自動/手動測量都通過前面板上可自鎖的按鈕開關控制。
（3）儀器測量電流分五檔：0.01mA（10μA）、0.1mA（100μA）、1mA、10mA、100mA，讀數方法如下：
在0.01mA檔顯示5位數時：10000 表示電流為：0.01mA（10μA）
又如在0.01mA檔顯示：06282 即表示電流為：6.28μA
在0.1mA檔顯示5位數時：10000 表示電流為：0.1mA（100μA）
又如在0.1mA檔顯示：04532 表示電流為：45.32μA
在1mA檔顯示5位數時：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 表示電流為：4.532mA
100mA檔顯示：10000 表示電流為：100mA
顯示：06282 表示電流為：62.82mA
電流檔的選擇採用循環步進式的選擇方式，在儀器面板上有一個電流選擇按鈕，每按一次進一檔，儀器通電後自動設定在常用的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。
1.0mA→10mA→100mA→0.01mA→0.1mA→1.0mA→10mA→……
可以快速找到你所需的檔位。
（4）電壓表讀數：因為為了方便直接用電壓表讀電阻率，所以我們人為改動了電壓表的小數點移位，如需要直接讀取電壓值時需注意，本電壓表為199.99mV的數值電壓表，讀電壓值時小數點是固定位置的，
例如：電壓表顯示 讀電壓值
1.9999 199.99mV
19.999 199.99mV
199.99 199.99mV
1999.9 199.99mV
19999 199.99mV
根據國標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，Ω.cm 電流,mA 推薦的園片測量電流值
<0.03 ≤100 100
0.03～0.30 <100 25
0.3～3 ≤10 2.5
3～30 ≤1 0.25
30～300 ≤0.1 0.025
300～3000 ≤0.01 0.0025

根據ASTM F374-84標准方法測量方塊電阻所需要的電流值如下表所示：
方塊電阻Ω 電流,mA
2.0～25 10
20～250 1
200～2500 0.1
2000～25000 0.01

（5）恆流源開關是在發現探針帶電壓接觸被測材料影響測量數據（或材料性能）時，再使用，即先讓探針頭壓觸在被測材料上，後開恆流源開關，避免接觸時瞬間打火。為了提高工作效率，如探針帶電壓接觸被測材料對測量並無影響時，恆流源開關可一直處於開的狀態。
（6）正、反向測量開關只有在手動狀態下才能工作人工控制，在自動狀態下由數據處理器控制，因此在手動正反向開關不起作用時，先檢查手動/自動開關是否處於手動狀態。相反在使用數據處理器測量材料電阻率時，儀器必須處於自動狀態，否則數據處理拒絕工作。
（7）在使用數據處理器自動計算及記錄時，必須嚴格按照使用說明操作，特別注意輸入數據的位數。有關數據處理器的使用方法請仔細閱讀KDY測量系統的操作說明。
4、主機技術能數
（1）測量范圍：
可測電阻率：0.0001～19000Ω•cm
可測方塊電阻：0.001～190000Ω•□
（2）恆流源：
輸出電流：DC 0.001～100mA 五檔連續可調
量程：0.001～0.01mA
0.01～0.10mA
0.10～1.0mA
1.0～10mA
10～100mA
恆流精度：各檔均低於±0.05%
（3）直流數字電壓表：
測量范圍：0～199.99mV
靈敏度：10μV
基本誤差：±（0.004%讀數+0.01%滿度）
輸入阻抗：≥1000MΩ
（4）供電電源：
AC 220V±10% 50/60 Hz 功率：12W
（5）使用環境：
溫度：23±2℃ 相對濕度：≤65%
無較強的電場干擾，電源隔離濾波，無強光直接照射
（6）重量、體積：
主機重量：7.5kg
體積：365×380×160（單位：mm 長度×寬度×高度）

附錄1.1
溫度修正系數表 ρT = FT *ρ23
標稱電阻率
Ω.cm
溫度 FT
ºC 0.005 0.01 0.1 1 5 10

10
0.9768 0.9969 0.9550 0.9097 0.9010 0.9010
12 0.9803 0.9970 0.9617 0.9232 0.9157 0.9140
14 0.9838 0.9972 0.9680 0.9370 0.9302 0.9290
16 0.9873 0.9975 0.9747 0.9502 0.9450 0.9440
18 0.9908 0.9984 0.9815 0.9635 0.9600 0.9596
20 0.9943 0.9986 0.9890 0.9785 0.9760 0.9758
22 0.9982 0.9999 0.9962 0.9927 0.9920 0.9920
23 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000
24 1.0016 1.0003 1.0037 1.0075 1.0080 1.0080
26 1.0045 1.0009 1.0107 1.0222 1.0240 1.0248
28 1.0086 1.0016 1.0187 1.0365 1.0400 1.0410
30 1.0121 1.0028 1.0252 1.0524 1.0570 1.0606

注 ：① 溫度修正系數表的數據來源於中國計量科學研究院。

附錄1.2
溫度修正系數表(續1) ρT = FT *ρ23

標稱電阻率
Ω.cm
溫度 FT
ºC 25
(17.5—49.9) 75
(50.0—127.49) 180
(127.5—214.9) 250/500/1000
( ≥ 215 )

10 0.9020 0.9012 0.9006 0.8921
12 0.9138 0.9138 0.9140 0.9087
14 0.9275 0.9275 0.9278 0.9253
16 0.9422 0.9425 0.9428 0.9419
18 0.9582 0.9580 0.9582 0.9585
20 0.9748 0.9750 0.9750 0.9751
22 0.9915 0.9920 0.9922 0.9919
23 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000
24 1.0078 1.0080 1.0082 1.0083
26 1.0248 1.0251 1.0252 1.0249
28 1.0440 1.0428 1.0414 1.0415
30 1.0600 1.0610 1.0612 1.0581

附錄2.
厚度修正系數F(W/S)為圓片厚度W與探針間距S之比的函數
W/S F(W/S) W/S F(W/S) W/S F(W/S) W/S F(W/S)
0.40 0.9993
0.41 0.9992
0.42 0.9990
0.43 0.9989
0.44 0.9987
0.45 0.9986
0.46 0.9984
0.47 0.9981
0.48 0.9978
0.49 0.9976
0.50 0.9975
0.51 0.9971
0.52 0.9967
0.53 0.9962
0.54 0.9958
0.55 0.9953
0.56 0.9947
0.57 0.9941
0.58 0.9934
0.59 0.9927 0.60 0.9920
0.61 0.9912
0.62 0.9903
0.63 0.9894
0.64 0.9885
0.65 0.9875
0.66 0.9865
0.67 0.9853
0.68 0.9842
0.69 0.9830
0.70 0.9818
0.71 0.9804
0.72 0.9791
0.73 0.9777
0.74 0.9762
0.75 0.9747
0.76 0.9731
0.77 0.9715
0.78 0.9699
0.79 0.9681 0.80 0.9664
0.81 0.9645
0.82 0.9627
0.83 0.9608
0.84 0.9588
0.85 0.9566
0.86 0.9547
0.87 0.9526
0.88 0.9505
0.89 0.9483
0.90 0.9460
0.91 0.9438
0.92 0.9414
0.93 0.9391
0.94 0.9367
0.95 0.9343
0.96 0.9318
0.97 0.9293
0.98 0.9263
0.99 0.9242 1.0 0.921
1.2 0.864
1.4 0.803
1.6 0.742
1.8 0.685
2.0 0.634
2.2 0.587
2.4 0.546
2.6 0.510
2.8 0.477
3.0 0.448
3.2 0.422
3.4 0.399
3.6 0.378
3.8 0.359
4.0 0.342

註：①厚度修正系數表的數據來源於國標 GB/T1552-1995
《硅、鍺單晶電阻率測定直排四探針法》

附錄3.
修正系數F2為探針間距S與圓片直徑D之比的函數
S/D F(S/D) S/D F(S/D) S/D F(S/D)
0 4.532
0.005 4.531
0.010 4.528
0.015 4.524
0.020 4.517
0.025 4.508
0.030 4.497 0.035 4.485
0.040 4.470
0.045 4.454
0.050 4.436
0.055 4.417
0.060 4.395
0.065 4.372 0.070 4.348
0.075 4.322
0.080 4.294
0.085 4.265
0.090 4.235
0.095 4.204
0.100 4.171
註：①厚度修正系數表的數據來源於國標 GB/T1552-1995
《硅、鍺單晶電阻率測定直排四探針法》

Ⅳ 怎麼測量電阻

接地電阻和絕緣電阻，要用專用搖表測量
普通電阻用萬用表電阻檔測量
精密電阻，要用電橋測量
水的電阻要用電導儀測量
氣體的電阻不好測量，電離後的氣體可用伏安法。

Ⅵ 接觸電阻的測量

除用毫歐計外,也可用伏-安計法，安培-電位計法。
在連接微弱信號電路中，設定的測試數條件對接觸電阻檢測結果有一定影響。因為接觸表面會附有氧化層，油污或其他污染物，兩接觸件表面會產生膜層電阻。由於膜層為不良導體，隨膜層厚度增加，接觸電阻會迅速增大。膜層在高的接觸壓力下會機械擊穿，或在高電壓、大電流下會發生電擊穿。但對某些小型連接器設計的接觸壓力很小，工作電流電壓僅為mA和mV級，膜層電阻不易被擊穿，接觸電阻增大可能影響電信號的傳輸。
在GB5095「電子設備用機電元件基本試驗規程及測量方法」中的接觸電阻測試方法之一，「接觸電阻-毫伏法」 規定，為防止接觸件上膜層被擊穿，測試迴路交流或直流的開路峰值電壓應不大於20mV，交流或直流的測試中電流應不大於100mA。
在GJB1217「電連接器試驗方法」中規定有「低電平接觸電阻」 和「接觸電阻」兩種試驗方法。其中低電平接觸電阻試驗方法基本內容與上述GB5095中的接觸電阻-毫伏法相同。目的是評定接觸件在加上不改變物理的接觸表面或不改變可能存在的不導電氧化薄膜的電壓和電流條件下的接觸電阻特性。所加開路試驗電壓不超過20mV，試驗電流應限制在100mA。在這一電平下的性能足以表現在低電平電激勵下的接觸界面的性能。而接觸電阻試驗方法目的是測量通過規定電流的一對插合接觸件兩端或接觸件與測量規之間的電阻。通常採用這一試驗方法施加的規定電流要比前一種試驗方法大得多。如軍標GJB101「小圓形快速分離耐環境電連接器總規范」中規定；測量時電流為1A，接觸對串聯後，測量每對接觸對的電壓降，取其平均值換算成接觸電阻值。