[电子标准]-SJT10314-92.pdf

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1、N0 4 中华 人 民共 和 国电子 行业 标 准 S J / T 1 0 3 1 4 -9 2 直流四探针电阻率测试仪 通用技术条件 G e n e r i c s p e c i f i c a t i o n o f r e s i s t i v i t y m e a s u r i n g i n s t r u me n t wi t h f o u r - p o i n t p r o b e 1 9 9 2 - 0 6 - 1 5 发布1 9 9 2 - 1 2 - 0 1 实施 中华人民共和国机械电子工业部 发布 目次 1 主题内 容与 适用范围 ， 。 。 。 ( 1

2、) 2 引用标准 ( 1 ) 3 术语 ( 1 ) 4 技术要求 ，. 。 ( 2 ) 5 测试方法 ，. 。 ，. ( 5 ) 6 检验规则 ， ( 1 0 ) 7 包装、 运输和贮存 . . . . . . . . . . . ( 1 2 ) 附录A电阻率、 薄层电阻、 修正系数计算公式 ， 0 . 0 1 -5 0 0 nc m 士3 %士5 % 0 . 0 0 1 -0 . o i n c m 5 0 0 -1 0 0 0 0 c m 士5 %士1 0 纬 重复性( 见表 3 ) 表 3 四探针侧试仪等级 Il 0 . 0 1 - 5 0 0 0 c m 1 %( 2 o )2 % 0

3、 . 0 0 1 -0 . o i n c m 5 0 0- - 1 0 0 0 口 “c m 2 纬( 2 0 ) 3 % ( 2 a ) 模拟电路试验准确度( 见表 4 ) 表 4 四探针侧试仪等级 I万 标准偏差 1 0 0 0 5 0 0 零点漂移”士4字/ 11土2字/ h 一3 一 S ,1 / T 1 0 3 1 4 - 9 2 注: 1 ) 在多量程的四探针测试仪中， 各档的输八阻抗可与上表不同， 表中所给的数值是指电阻率最高货程 档的输入阻抗. z )指最高灵敏度情况下的漂移. 4 . 5 . 3 恒流源性能( 见表6 ) 恒流源对于测试电路为浮置， 可自动或手动变换电流方向

4、 纹波系数 稳定度 、 音 位 数 字 表 3 告 位 数 字 表 分辨率 j o v, 图 5 注: R 、根据不同电流值选取， 尽可能小以能准确测量出电流值为原则. 一8 一 S J / T 1 0 3 1 4 - 9 2 6 . 4 . 3 恒流源纹波系数的测量 a . 测量线路和仪器 测量线路如图6 所示: 图中: R负载电阻， 阻值为该电流档最大允许负载电阻 交流毫伏表或示波器用来测量负载电阻R上的交流纹波电压V一( 有效值) 。 直流电压表用来测量负载电阻 R上的直流电压 V一 b . 纹波系数S计算 按公式( 4 ) 计算出的 S应符合 4 . 5 . 3的规定 。 X 1 0

5、0 % ， . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 4 ) 一卜 图 6 5 . 6 . 4 . 4 稳定度的测量 测量线路如图4 ， 在恒温条件下， 预热 l h后， 在恒流源最高和最低档上选定其满度值的 8 0 %电流; 按5 . 6 . 4 . 1 所述方法， 在 2 h内每隔半小时读取其电流数值， 这些数值与调定值的最 大偏差应符合 4 . 5 . 3的稳定度的要求。 5 . 6 . 5 显示、 记录仪表 外购仪表应符合 4 . 5 . 4的要求， 并按技术说明书复核。 5 . 6 . 6探头性能指标的测试 按 S J / T 1 0 3 1 5 标准规

6、定的测试方法进行 并应符合相应的性能指标。 5 . 6 . 了 探头支架的检验 5 . 6 . 7 . 1 用手动及目测检查探头支架， 应符合 4 . 5 . 6 . 1 , 4 . 5 . 6 . 2 和 4 . 5 . 6 . 3 的规定。 5 . 6 . 7 . 2 将装配合格的被测仪器置于平台上， 以样品台上表面为基准， 用千分表检查探头支 架轴心线的垂直度， 应符合4 . 5 . 6 . 1 的规定。 5 . 6 . 7 . 3 用噪声计检查传动装置的噪音， 应符合 4 . 5 . 6 . 2 的规定 5 . 6 . 8 样品台( 架) 的检验 5 . 6 . 8 . 1 用目测、

7、手动、 卡尺检验样品台( 架) ， 应符合 4 . 5 . 7 . 1 , 4 . 5 . 7 . 2 , 4 . 5 . 7 . 3 的规定。 5 . 6 . 8 . 2 将装配合格的样品台( 架) 置干平台上， 用干分表， 对台面的不同位置， 检查平面度， 应符 合 4 . 5 . 7 . 2的规定 。 5 . 6 . 9 位移精度的检验 在移动的样品台或移动的探头支架上， 固定一座标尺， 然后用读数显微镜读出每一步跄 , 得出其定位精度应符合4 . 5 . 8 . 1 的规定 一9 一 S ,I / T 1 0 3 1 4 - 9 2 5 . 6 . 1 0 其它要求的检验 用目测法检查

8、被测仪器， 应符合 4 . 5 . 9 的规定。 5 . 6 . 1 1 运输环境和包装的检验 5 . 6 . 1 1 . 1 低温贮存试验 将处于非工作状态的被检测试仪， 连同适量干燥剂用塑料袋封装好， 放入低温箱( 室) 内， 以小于2 0 0C / h的温度变化速率， 降温至一4 0 0C， 待温度稳定后， 保持 4 h , 然后使箱( 室) 内温度 逐渐恢复至室温， 取出被测仪器， 再保持 4 h后， 开机测试， 应能符合 4 . 5 . 1 的规定。 5 . 6 . 1 1 . 2 高温贮存试验 将处于非工作状态的被检测试仪， 放入高温箱( 室) 内， 以小于2 0 0C / h的温

9、度变化速率， 升 温至+6 0 0C， 待温度稳定后， 保持 4 h ， 然后将温度降至室温， 取出被检测仪器， 再恢复 4 h后， 开 机测试， 应能符合 4 . 5 . 1 的规定。 5 . 6 . 1 1 . 3 湿度贮存试验 将处于非工作状态的被检测试仪， 放入湿热箱( 室) 内， 温度升至 4 0 后， 开始加湿， 使相 对温度达到9 0 %R H， 保持 2 h , 然后将湿度降到 5 0 %RH， 将温度降至室温取出被检仪器， 再保 持6 h ， 开机测试应符合 4 . 1 . 2 和 4 . 5 . 1 的规定。 5 . 6 . 1 1 . 4 包装运输试验 四探针测试仪及附件

10、在完整包装状态下， 按包装箱上的标记固定于试验台上， 按 4 . 5 . 1 0 的要求进行试验， 试验结束后， 检查包装箱和四探针测试仪的外观结构， 应符合 4 . 1 . 2 , 4 . 1 . 3 , 4 . 5 . 1 。 的规定。 5 . 6 . 1 2 可靠性试验 按“ S J 1 8 9 9 电子测量仪器可靠性试验方案” 进行。 6 检验规则 四探针测试仪的检验分交收检验和例行检验 6 . 1 交收检验 6 . 1 . 1 交收检验由生产厂质量检验部门进行。 6 . 12 产品出厂前， 每台产品都应通过交收检验， 合格的产品应有合格证。 6 . 1 . 3 交收检验的项目( 见表

11、 1 1 ) 夫 11 序号项目 技术要求测试方法 1 外观结构要求 4 . 15 . 3 2 电源适应能力 4 . 35 . 4 3 安全检查4 . 45 . 4 4 电阻率准确度 4 . 5 .1 . 25 - 6 . 1 4 a 模拟电路法4 .5 . 1 . 45 . 6 . 1 . 2 4 b 样片检定法4 . 5 .1 . 25 .6 .1 .1 5 重复性4 . 5 . 1 . 35 . 6 . 2 一1 0 一 s ,J / e 1 0 3 1 4 -9 2 续表 1 1 序号项目技术要求测试方法 6 测量电路 4 . 5 . 25 . 6 . 3 6 . 电压灵敏度 4 .

12、S . 25 6 。 3 I 6 b 非线性度 4 . 5 . 25 . 6 . 3 . 2 6 亡 输入阻抗 4 5 25 . 6 . 3 3 6 d 零点漂移 4 . 5 . 2 5 . 6 . 3 . 4 7 恒流照性能 4 . 5 . 35 。 G 4 7 a 准确度 4 . 5 . 35 . 6 . 4 . 1 7 6 负载 4 5 、 35 . 6 . 4 . 2 7 c 纹波 4 . 5 . 35 . 6 . 4 . 3 7 d 稳定度 4 5 3 5 . 6 . 4 . 4 8 显示、 记录仪表 4 . 5 . 45 . 6 . 5 9 探头 4 5 . 55 . 6 t 6

13、1 0 探头支架 4 . 5 . 65 .6 7 1 1 样品台( 架) 4 . 5 . ?5 . 6 . 8 1 2 移位装置 4 . 5 . 85 . 6 . 9 l 3 其它要求 4 . 5 卜 95 . 6 . 1 0 6 . 1 . 4 检验中任一项出现故障时， 应停止检验， 查出故障原因， 排除故障后， 重新进行交收检 验 。 重新检验中若再次出现故障， 则该产品判为不合格， 但允许再次返修， 再次交验。 6 . 2 例行检验 6 . 2飞 例行检验由生产厂质量检验部门负责进行 6 ， 2 . 2 有下列情况之一应进行例行检验 a . 新品研制 b连续批量生产的产品， 至少每年进行

14、一次例行试验。 c . 改进设计和主要工艺， 或更换主要元器件及材料 d . 产品创优、 评比 6 . 2 . 3 例行检验的产品应在交收检验合格的产品中随机抽取， 其数量应不少于 2台。 6 . 2 . 4 例行检验的项目( 见表 1 2 ) 一表 1 2 序号 项目技术要求测试方法 1 全部交收检验项目 4 . 1. 4 . 3 -4 . 5 . 1 0 . 5 . 3 - 5 . 6 2 运输和包装 4 . 5 . 1 1 5 . 6 . 1 1 2 a低温贮存4 ， 5 1 15 . 6 . 1 1 . 1 S J / T 1 0 3 1 4 - -9 2 续表 1 2 2d33 篡

15、4 . 5 . 1 15 . 6 . 1 1 . 4 4 . 6 . 15 . 6 . 1 2 6 . 2 . 5 检验中出现故障， 或某一项通不过时， 应查明故障原因， 排除故障， 提出故障分析报告， 继续或重新进行该项检验。 若再次出现故障时， 应再查明故障原因， 排除故障， 提出故障分析报 告后， 重新进行例行检验。在重新进行的检验又出现故障的， 则判断该产品例行检验不合格。 6 . 2 . 6 经过例行试验的产品不作正品出厂。 了 包装 、 运输和贮存 了 . 1 包装 了 . 1 门装箱前， 需对四探针测试仪进行清洁处理。 7 . 1 . 2 探针头、 显示器等单独包装， 可牢固地置

16、于测试仪包装箱内， 也可单独成箱。 7 . 1 . 3 四探针测试仪、 探头、 显示器四周及底部应放置缓冲材料。 7 门. 4 配合表面要进行防锈处理， 并应有防尘防潮措施。 7 . 1 . 5 包装箱内部附有产品合格证、 使用说明书和装箱单。 7 . 1 . 6 包装必须牢固可靠， 包装箱外表面应标有需注意事项的字样或要求， 并符合 G B 1 9 1 包装储运图示标志 的规定。 7 . 2 运输 包装箱在运输过程中应小心轻放， 避免碰撞和敲击。 7 . 3 仪器应贮存在环境温度一5. 4 0 0C、 相对湿度不大于7 5 %的清洁、 通风良好的库房内。 s J / T 1 0 3 1 4

17、-9 2 附录A 电阻率、 薄层电阻、 修正系数计算公式 ( 补充件) 用直流四探针法测量半无限大、 无限厚的材料的电阻率时， 其基本计算公式为: 对于直线排列的等间距的四探针( 见图Al ) A1A1 ， 一 2 n g 筝 士 6 . 2 8 S 答 ( Al) 式中: S 相邻两探针的间 距， C M; V两内侧探针间的电压， mV; I 对两外侧探针所施加的电流, mA, 图 A I A 1 . 2 对于正方形排列的四探针( 见图A2 ) 2 9 S V_ _ 二V P 一2 -了一上 U I S “ 了 式中: S , V, I 的含义同Al . 1 的规定 图 AZ A 2 用直流

18、四探针法测量半无限大、 无限薄的薄层电阻时， 其基本计算公式( 以下简称基本公 式) 为 : A 2 . 1 对于直线形排列的等间距四探针 一13一 s ,1 / T 1 0 3 1 4 -9 2 二 、 . 5 3 2 I( A3 ) 一InZI 对于正方形排列的四探针 * 。 。 6 5 V0 6 5 r( A4) 朴一InZI 对于均匀电阻率的半导体或导体其电阻率和薄层电阻有以下关系 P“ R, W( A5) w材料厚度 以，口中 从州式 (A6) a V . _ ，一. ， ， ，L _. ， ， * ，、 .、 一I n 2 了W ( 且k 7 L 排夕 u f 9 1 fi T T

19、 k 1 W( 正方形排列的探针头). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( A7 ) V了 肺-InZ -一 A 3 修正系数 被测样品偏离无限大、 无限厚或无限薄的条件时， 基本公式中应增加厚度修正系数， 线度 修正系数， 边界修正系数等几何修正系数。 这些几何修正系数， 随被测样品的几何形状、 边界面的导电性质及探针排列形式的不同， 应选用不同的计算公式。 探针的间距实际上不可能完全相等， 高精度要求时， 应按 S J / T 1 0 3 1 5 的规定 选用探针间 距修正系数( F , p ) 直线形排列的四探针常用的几何修正系

20、数如下: A 3 . 1 厚度修 正系 数F , ( W店) 因被测样品是有限厚度的， 与基本公式不符， 由此引入的其它条件仍认为是理想的 A3 . 1 . 1 采用基本公式( A 1 ) 时应乘以的厚度修正系数F , ( W / S ) , , , .(A8) F ,( 岑 ) 、 ， - 1 4: (石 二 11 (2n二 S 二一+ 1 一 扩 (2n S ) + 4 注 门 ) 当 岑 一 2 ( 若 S 一 l-.贝 。 W 一 2 - m ) 时 ，若 不 用 厚 度 修 正 ，则 产 生 约 10 % 的 误 差 ; 2 ) 当 W 一 5 日寸 ，若 不 用 厚 度 ， 正 .

21、贝 。产 生 误 差 小 于 1 % : 1 4 s ,1 / e 1 0 3 1 4 - 9 2 3 )由于常用的硅片厚度均在l . -以下， 采用公式( Al ) 时必须进行厚度修正; 4 )被测样品厚度大于5 m-时， 可不用厚度修正系数F , ( W1 S ) , A A ll . 2 采用基本公式( A6 ) 时应乘以的厚度修正系数 F , ( W / S ) B A S , -5一脚 F, ( 1. 3 86 3( A9) -一 1 时 ，若 不 用 ， 度 修 正 系 数 ，贝 。 产 生 的 误 差 大 于 或 等 于 8 % ; 对于常用厚度小于 。 . s m m以下的被测

22、样品， 采用基本公式( A6 ) 进行计算， 不进行修正已能达到相 当高的精确度， 但对于厚度大于l mn : 的被测样片， 则必须进行厚度修正 4 ) G B 6 6 1 5 中 表 。 给 出 了 F ,( 岑 ) 一 些 数 值 可 供 查 阅 A3 . 2线度修正系数 当被测样品不是无限大时， 则要引入线度修正系数。 A 3 . 2 . 1 对于直径为D的圆形片， 测试点在圆心处， 由于有限的直径采用基本公式( A6 ) 时， 应乘以线度修正系数 F . _些 2 广又 U/合) + 3, L I nz 十i n一一二J n 一k U / 0夕-一3 - A D-， 产 F 注 :多

23、3 0 ( 当 习 一 1 -时 ，D 3 0- m ) ， 不 采 用 此 项 修 正 系 数 时 ，产 生 的 误 差 小 于 I % . G B 6 6 1 5 中 表 R 给 出 了 I z ( 3 c ) 、 一 些 数 值 可 供 查 阅 ， 但 注 意 该 表 的 数 值 已 乘 上 常 数 a / I n 2 A3 . 2 . 2对于长边为a , 短边为 b 的矩形片， 测试点处于中心， 测试点的连线平行于长边， 采用 基本公式( A 6 ) 时， 应乘以线度修正系数 F , F s ( b 5 ) 2 0 时， 不采用此项修正系数， 产生的误差小于 1 %, R5 当 A 3

24、 . 3 绝缘边界修正系数 当测试点偏离被测样品中心时， 测试点距离样品的边界越近， 边界的影响越大， 同时测试 点的取向不同影响也不一样， 此时不能采用A3 . 2 条所列的线度修正系数， 应采用边界修正系 数 。 A 3 . 3 . 1 对于圆形片， 当测试点连线与圆片的直径 D取向一致时， 探头中心与圆片中心相距 8 ( 见图 3 ) ， 采用基本公式( A 6 ) ， 应乘以边界修正系数 凡 F S ( 了 ) “ 。 ， _f _1、 X = t o艺 i(n艺十 万i n节 l乙I 知 幼一D劝一D 式 中: X 二 1一 ( Y= 1一 () 1 1一 (2 8 D 一 3 )

25、( 2 6D ) ( D 2 8D 十 s ) ( 2 6D ) ( D 一 + 3 3D ) + D ) ) 图 A 3 A 3 . 3 . 2 当测试点连线与圆片的直径D取向垂直时， 测试点与圆片中心相距为s( 见图 A 4 ) , 采用公式( A 6 ) 应乘以边界修正系数 F s 。 F s ( -: ) ( A O 、_。_1， x、 _ ， .、 = C nzonz十 : 二i n ; ;1 . . . “ 二， . . . . . . . . . . . . 1 A 141 乙x x 一 ( 丢 ) 2 一 2 ( b ) 一 2 I U m m以内， 。 l m m盯， 小米用

26、又 八 土 3 ) 玖( A 1 4 ) 公式修止示 敌盯， 广王明 误差小于 1 %。 A 3 . 3 . 3 当探针靠近边界， 测试点连线与边界线垂直( 图A5 ) 采用公式( A 1 ) 时， 应乘以边界修 正系数 F, F , ( 专 ) (A l 一 : 1 + 1 +2 t 5 +2 喜、 +2 喜 份洲 尸 i : - . .( A 1 5 ) 2十 2- 了 图 A 5 A 3 . 3 . 4 当探针靠近边界， 测试点连线与边界线平行( 见图A6 ) 采用公式( A1 ) 时， 应乘以边界 修正系数F a Fe( t )(Als 一 仁 + 了 21 + 4(5 )z一11+

27、(s ) 一( A1 6 ) 式 中当 令 “ ， ( 若 “ - 图 A 6 l mm t 3 mm) ， 若不采用公式( A1 5 ) 或( A 1 6 ) 的公式的修正系数， s J / T 1 0 3 1 4 -9 2 产生误差小于 1 % A 4 自校正测盖 在四探针测量中应用范德堡法， 对样品进行两次测量， 只需一项修正系数 K就可以取代 上述的线度修正系数( A3 . 2 条) 边界修正系数( A3 . 3 条) ， 探针间距修正系数( F。 ) 以及探针游 移率等， 且每次测量是动态的自动修正， 提高了测量的精度和重复性， 减少了计算。 被测样品的薄层电阻R 。 为: R。 二

28、 K( R. , Rh ) R. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( A1 7 ) 式中: K ( R R n ) 自校正系数仁 见公式( A1 8 ) 或( 41 9 ) R 。 一一第一次测量的电阻值 见图A7 、 公式( A 2 1 ) R n 第二次测量的电阻值 见图 A 7 、 公式( A2 2 ) K 一 盘 ( 1 + 告 )， ( : ) ( A1 8) 式中 R, / Rn R. / R,一 1 f ( E ) 满足下面方程式 一 c o c h 一 ( 合 二 p I_n 2

29、f . . ， . . . . . . . . . ( A1 9) 论一f 11一1.1 =1 . 2 0 -1 . 3 2 ， 自修正系数K可以用公式( A 2 0 ) 代替， 其精确度优于0 . 0 5 R.一凡 _ R _ R. 1 4 .6 96+ 2 5. 17 3( ; - )一 7 .8 72 (= ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 420) I t ,丈 至 R = V .h R 卜 _ V .n I ( 421) ( 422) 7 9 一 S J / r 1 0 3 1 4 -9 2 L L V Iv v1 VU

30、0 0 2 W 3 2 V 31 2 3 4 1 2 3 4 1 4 1 4 第一次测量 第二次测量 第一次测量 第二次测量 直线形探针方形探针 图 A7 A5 温度修正系数 F T 半导体的电阻率、 薄层电阻都是温度 ( T) 的函数， 为使在不同温度下测量计算的结果可 以进行比较， 一般以温度为2 3 下的数据为标准， 在其它温度下所得的数据乘上温度修正系 数F T， 就可换算到2 3 下等效的数据。 F，二 1一 C T ( T一 2 3 )( A2 3 ) 式中: C T被侧样品的电阻率温度系数， C T 随材料、 极性和电阻率的不同而有差异， 具体数 据参阅G B 6 6 1 5 -

31、e 6 表 1 0 T-测量时的样品温度 A 6 探针间距修正系数F , p 对于等间距的直线排列四探针， 在游移率很小时 _ _，S, 产 ， 一1 十L . W2 t 1 一亨 ( A24) 详见四探针探头通用技术条件 S J / T 1 0 3 1 5 A7 对于圆片. 测试点在中心， 考虑到各项修正系数后的计算公式为: 凡 人 D了 广、 F 夕 /厂 W 了k F V-1 C ( A25 ) c 一 2 n ( 女 一 S ,十 S , 3 z -I- S z 十 1S z ) 一 R 0 I2子 F , o F (W / 3 ) ,ns )F z( DS ) (A 6)F T . . . . . . . . . . . . . . . ( A2 6 ) s J / T 1 0 3 1 4 -9 2 附加说明: 本标准由中华人民共和国机械电子工业部科学技术司提出。 本标准由机械电子工业部电子标准化研究所归口。 本标准由北京建中机器厂、中国计量科学研究院负责起草。 本标准主要起草人: 查名瑞、 李达汉、 刘学俭、 鲁效明、 昊良宏。