专利名称：一种温度可调控四探针方块电阻及电阻率的测试方法
技术领域：
本发明涉及一种温度可调控四探针方块电阻及电阻率的测试方法，主要用于测量薄膜的方块电阻及电阻率，属于测量技术领域。
背景技术：
一般的四探针测试仪是测量半导体材料电阻率以及方块电阻(薄层电阻)的专用仪器，主要用于测量棒状、块状半导体材料(包括厚片和薄片)的电阻率以及硅片上的扩散层、离子注入层、反新外延层的方块电阻。仪器具有测量精度高、灵敏度高、稳定性好，测量范围广，结构紧凑的特点，并且测量结果由数字直接显示，使用方便。但是现有的四探针测试仪都只能测试常温下以及温度相对稳定的方块电阻，对于温度连续变化或不同温度下半导体材料的方块电阻、电阻率不能测试，限制了其应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种温度可调控四探针方块电阻及电阻率的测试方法，用于测量温度连续变化或不同温度下半导体材料的方块电阻、电阻率。
为了达到上述目的，本发明的技术方案提供了一种温度可调控四探针方块电阻及电阻率的测试方法，所述测试方法包括以下步骤
步骤一将温度可调控四探针方块电阻测试系统的线路连接完毕，主机接上电源，开关放至ON档以开启电源，并预热5至10分钟；
步骤二 预估待测样品的电阻或电阻率，根据需要在主机面板上选择Kl至K4中合适的电流档位，并选择K5至“RD ”档以测量样品的方块电阻或者至“P ”档以测量样品的电阻率；
步骤三将待测样品放置在四探针测试平台的基座上，将热电偶与温度测试仪连接好， 并使热电偶与待测样品表面接触，然后压下四探针；
步骤四启动电炉丝加热装置，并根据需要调节加热速率，使用热电偶与温度测试仪测量待测样品的温度；
步骤五查询参数C，然后调节主机面板上的电流粗调电位器Wl及电流细调电位器W2 以输入C的值至主机中，C的当前值将显示在主机面板上的显示器中；
步骤六调节完毕后，当温度变化时，主机面板的显示器中将显示每一个温度点所对应的电阻率或者方块电阻值，继续查看温度测试仪，当温度达到要求时，记录下显示器中的数据，即为样品在该温度下的电阻率或者方块电阻。
所述的温度可调控四探针方块电阻测试系统，包括电压可调电源、SDY-4四探针测试主机、万用电表V、万用电表I以及四探针测试平台，万用电表V的两引脚分别与SDY-4四探针测试主机探头的四探针2与四探针3连接，四探针1、四探针2、四探针3及四探针4均与四探针测试平台连接，其特征在于，电压可调电源的正极分别MC1403精密低压基准电源的引脚1与0P07双极型运算放大器的引脚7连接，MC1403精密低压基准电源的引脚3接地，弓丨脚2通过电阻Rl与0P07双极型运算放大器的引脚3连接，0P07双极型运算放大器的引脚 4与电压可调电源的负极连接，引脚6通过万用表I与四探针4连接，引脚2与四探针1连接，同时通过电阻R2接地。
所述的四探针测试平台包括基座及样品，样品设于基座上，其特征在于，基座内的上端设有电炉丝加热装置，样品与基座之间设有金属垫片，样品上设有SDY-4四探针测试主机探头的四探针1、四探针2、四探针3及四探针4，样品表面上设有热电偶，热电偶与温度测量仪连接。
本发明的优点在于，不仅能测出常温下的方块电阻，而且能快速准确的测出室温至 120°C之间任一温度的方块电阻，也能快速分析一些功能材料随温度变化的相变性能，并且通过数字直接显示，兼具测量精度高、灵敏度高、稳定性好、测量范围广、结构紧凑和使用方便的特点。
图1为本发明涉及的一种温度可调控四探针方块电阻测试系统的电路示意图2为本发明涉及的一种温度可调控四探针方块电阻测试系统四探针测试平台的结构示意图3为本发明涉及的SDY-4四探针测试主机的前面板平面示意图； 图4为本发明涉及的一种温度可调控四探针方块电阻测试系统的完整结构示意图； 图5为单面扩散圆形样品的修正因子数据列表； 图6为单面扩散矩形样品的修正因子数据列表； 图7为双面扩散样品的修正因子C数据列表。
具体实施例方式实施例1
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
本发明提供一种使用温度可调控四探针方块电阻测试系统测试方块电阻及电阻率的测试方法，如图1所示，电路主要由一个MC1403精密低压基准电源和0P07双极型运算放大器组成。0P07双极型运算放大器的低噪声、高精度特性非常适合于放大传感器的微弱信号。 输出电压可调的20V外接电源的正极分别连接MC1403精密低压基准电源的引脚1及0P07 双极型运算放大器的引脚7，MC1403精密低压基准电源的引脚3接地，引脚2通过250ΚΩ 的电阻Rl与R10P07双极型运算放大器的引脚3相互连接。0P07双极型运算放大器的引脚 6连接万用电表I (即调至电流档)测量电路电流，再连接SDY-4四探针测试主机探头的四探针4，经四探针测试平台由四探针1引出与0P07双极型运算放大器的引脚2连接，最后通过引脚4连接到20V外接电源负极，构成一个回路。四探针1与0P07双极型运算放大器的引脚2之间并联250ΚΩ的电阻R2接地。SDY-4四探针测试主机探头的四探针2和四探针 3与另一万用电表V(即调至电压档)连接，从而得到样品两端电压。
如图2所示，为四探针测试平台，在测试平台基座中安装有加热装置，可以起到改变样品温度的作用，样品和基座表面用金属垫片隔开，防止基座表面直接接触样品，从而造成样品污染。通过万用电表可以测量待测样品两端的电压以及电流。如图3所示，为SDY-4型四探针测试仪主机的面板，面板上分布有显示器、按钮及指示灯，以下为各标号所代表的组件功能说明 K7 电流换向按键
K6 测量/电流方向选择按键，开机自动设置在“I”电流位 K5 =R □ / P测量选择按键，开机自动设置在“R □”位置 Kl, K2，K3，K4 测量电流选择按键，共四个选择量程 Wl 电流粗调电位器；W2 电流细调电位器 L 主机数字及状态显示器
四探针测试方块电阻及电阻率原理当图2中四根金属探针排成一直线时，并以一定压力压在半导体材料上，在四探针1及四探针4之间通过电流I，则四探针2及四探针3之间产生电位差V，该电流I与电位差V分别由万用电表I及万用电表V测得。测量材料电阻率根据公式
材料电阻率P =V/1 · C 其中C为修正因子。
修正因子C与样品的几何尺寸及样品属单面扩散还是双面扩散条件有关，不同条件下样品的C值见以下图5、6、7:
例如一种Vh薄膜，是热致相变材料，其在68°C发生金属-半导体相变，样品形状为圆形，故在图5中查询，其几何形状直径D=15mm，相邻两探针间距S=Imm,圆心与四探针中心间的距离H=O. 3mm，所以D/S=15、H/D 0，对照图5中D/S=15、H/D 0，得到C=4. 3646 ；针对已加热的样品，分别记录温度测量仪的温度以及该温度下两万用电表的电流以及电压， 根据上述公式即可得到不同温度下W2薄膜的材料电阻率，而根据公式方块电阻Rs=P /t (其中P为块材的电阻率，t为块材厚度)进一步可得VO2薄膜的方块电阻。 测试方块电阻的具体步骤为
步骤一将温度可调控四探针方块电阻测试系统的线路连接完毕，主机接上电源，并预热6分钟；
步骤二 预估待测样品的方块电阻为40万Ω/sq左右，根据需要在主机面板上选择 K4，并将K5调至“Rn”以测量样品的方块电阻；
步骤三将待测样品放置在四探针测试平台基座的金属垫片上，将热电偶与温度测试仪连接好，并使热电偶与待测样品表面接触，然后压下四探针；
步骤四启动电炉丝加热装置，调节加热速率，使用热电偶与温度测试仪测量待测样品的温度为:T1=30°C, T2=90°C ；
步骤五根据热致相变材料的特性，其在68°C发生金属-半导体相变，样品形状为圆形，在图5中查询，其几何形状直径D=15mm，相邻两探针间距S=Imm,圆心与四探针中心间的距离 H=O. 3mm，所以 D/S=15、H/D ^ 0，对照图 5 中 D/S=15、H/D ^ 0，得到 C=4. 3646，然后调节主机面板上的电流粗调电位器Wl及电流细调电位器W2以输入C=4. 3646的值至主机中，C的当前值将显示在主机面板上的显示器中以方便操作者确认；
步骤六调节完毕后，当温度变化时，主机面板的显示器中将显示每一个温度点所对应的方块电阻值，继续查看温度测试仪，当温度达到要求时，记录下显示器中的数据，即为样品在第一温度下T1=30°C的方块电阻Rni=45万Ω/sq，第二温度下T2=90°C的方块电阻
5RD2=358 Q/sq。 实施例二
测试电阻率的具体步骤为
步骤一将温度可调控四探针方块电阻测试系统的线路连接完毕，主机接上电源，并预热6分钟；
步骤二 预估待测样品的电阻率为10万左右，根据需要在主机面板上选择K4，并将K5 调至“ P，，以测量样品的电阻率；
步骤三将待测样品放置在四探针测试平台基座的金属垫片上，将热电偶与温度测试仪连接好，并使热电偶与待测样品表面接触，然后压下四探针；
步骤四启动电炉丝加热装置，调节加热速率，使用热电偶与温度测试仪测量待测样品的温度为 T1=30°C，T2=90°C ；
步骤五根据Vh热致相变材料的特性，其在68°C发生金属-半导体相变，样品形状为圆形，在图5中查询，其几何形状直径D=15mm，相邻两探针间距S=Imm,圆心与四探针中心间的距离 H=O. 3mm，所以 D/S=15、H/D ^ 0，对照图 5 中 D/S=15、H/D ^ 0，得到 C=4. 3646，然后调节主机面板上的电流粗调电位器Wl及电流细调电位器W2以输入C=4. 3646的值至主机中，C的当前值将显示在主机面板上的显示器中以方便操作者确认；
步骤六调节完毕后，当温度变化时，主机面板的显示器中将显示每一个温度点所对应的电阻率，继续查看温度测试仪，当温度达到要求时，记录下显示器中的数据，即为样品在第一温度下T1=30°C的电阻率P !=9. 8万，第二温度下T2=90°C的电阻率P 2=6. 783。
可见，本发明通过对四探针方块电阻测试系统的改进，可以测量不同温度下薄膜的方块电阻及电阻率，增加了仪器的功能，为实验研究提供了方便。
权利要求
1.一种温度可调控四探针方块电阻及电阻率的测试方法，可用于测量薄膜的方块电阻及电阻率，其特征在于，所述测试方法包括以下步骤步骤一将温度可调控四探针方块电阻测试系统的线路连接完毕，主机接上电源，并预热5至10分钟；步骤二 预估待测样品的电阻或电阻率，根据需要在主机面板上选择Kl至K4中合适的电流档位，并选择K5至“RD ”档以测量样品的方块电阻或者至“P ”档以测量样品的电阻率；步骤三将待测样品放置在四探针测试平台基座的金属垫片上，将热电偶与温度测试仪连接好，并使热电偶与待测样品表面接触，然后压下四探针；步骤四启动电炉丝加热装置，调节加热速率，使用热电偶与温度测试仪测量待测样品的温度；步骤五查询参数C，然后调节主机面板上的电流粗调电位器Wl及电流细调电位器W2 以输入C的值至主机中，C的当前值将显示在主机面板上的显示器中；步骤六调节完毕后，当温度变化时，主机面板的显示器中将显示每一个温度点所对应的电阻率或者方块电阻值，继续查看温度测试仪，当温度达到要求时，记录下显示器中的数据，即为样品在该温度下的电阻率或者方块电阻。
2.根据权利要求1所述的一种温度可调控四探针方块电阻及电阻率的测试方法，所述的温度可调控四探针方块电阻测试系统，包括电压可调电源、SDY-4四探针测试主机、万用电表V、万用电表I以及四探针测试平台，万用电表V的两引脚分别与SDY-4四探针测试主机探头的四探针2与四探针3连接，四探针1、四探针2、四探针3及四探针4均与四探针测试平台连接，其特征在于，电压可调电源的正极分别MC1403精密低压基准电源的引脚1与 0P07双极型运算放大器的引脚7连接，MC1403精密低压基准电源的引脚3接地，引脚2通过电阻Ri与0p07双极型运算放大器的引脚3连接，0P07双极型运算放大器的引脚4与电压可调电源的负极连接，引脚6通过万用表I与四探针4连接，引脚2与四探针1连接，同时通过电阻R2接地。
3.根据权利要求2所述的一种温度可调控四探针方块电阻及电阻率的测试方法，所述的四探针测试平台包括基座，其特征在于，基座内的上端设有电炉丝加热装置，基座表面设有金属垫片，样品上设有SDY-4四探针测试主机探头的四探针1、四探针2、四探针3及四探针4，样品表面上设有热电偶，热电偶与温度测量仪连接。
全文摘要
本发明的技术方案提供了一种温度可调控四探针方块电阻及电阻率的测试方法，所述测试方法包括以下步骤将温度可调控四探针方块电阻测试系统的线路连接完毕，主机接上电源并预热5至10分钟；根据需要在主机面板上选择合适的电流档位，并选择测量样品的电阻率或者方块电阻；将待测样品放置在四探针测试平台的基座上，将热电偶与温度测试仪连接好，并使热电偶与待测样品表面接触，然后压下四探针；启动电炉丝加热装置，调节加热速率，使用热电偶与温度测试仪测量样品的温度；查询参数C，然后输入C的值；调节完毕后，继续查看温度测试仪，当温度达到要求时，记录下显示器中的数据，即为样品在该温度下的电阻率或者方块电阻。
文档编号G01N25/02GK102539927SQ20111041715
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月14日 优先权日2011年12月14日
发明者何兴峰, 徐晓峰, 汪海旸, 黄海燕 申请人:东华大学