[实用新型]测量半导体硅材料P/N型及电阻率的多功能测试仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种测量半导体硅材料P/N型及电阻率的多功能测试仪，是一种半导体行业关于硅单晶材料物理参数测试的检测仪器，即可同时检测半导体的导电类型和电阻率大小。

背景技术

目前，测量半导体硅材料P/N型的方法很多，主要有热电法，整流法，和迭加法，热电法有热探针法和冷探法，整流法有两探针法和三探针法。此外，还有根据霍尔电动势的方向判断导电类型的霍尔电压法；硅单晶型号常用热探针法和三探针法测量。而硅单晶电阻率测量方法在行业生产中主要是接触法，即直流二探针法和四探针法(说明：这两种检测方法在测量硅单晶电阻率时对被测量体均通以直流电源，故称为直流法)。直流二探针法是通过测定硅单晶的体电阻，换算出电阻率，由于二探针法测量电阻率精确度高，多用于科研，可测电阻率范围10^-2-10⁵Ω.CM；现国内单晶硅生产厂家使用较多的是四探针法。四探针法用针距为1mm的四根针同时压在硅材料的平整表面上，利用电路中的线性稳压元件及电流放大型三极管等器件组成的恒流源给外面的1和4号探针通电流，中间两根针用高输入阻抗的数字电压表测量出电压，从而运用经验公式：ρ＝CV2-3/I可计算出硅材料的电阻率大小，其中：C为探针系数，该系数用标有固定电阻率的标准样块校正并确定。

现有硅单晶行业中使用的测量仪器主要存在下面三个方面的不足：1、硅单晶导电型号和电阻率的测量这两个参数需要用两种测量设备分别测试，测试方法及工序复杂，测量环境要求严格；2、测量仪器设备故障率高，设备维修困难，配件昂贵。3、测料时间和硅料种类受限制，稳定性不好。

实用新型内容

本实用新型仪器所要解决的技术问题是针对现有仪器存在的测量方式和电路设计复杂的缺陷，提供一种结构简单、便携、体积小、测量数据快、稳、操作简单、效率高、能测量半导体硅材料P/N型及电阻率的多功能单晶硅测试仪。

解决本实用新型技术问题所采用的技术方案是：该测量半导体硅材料P/N型及电阻率的多功能测试仪包括多路输出控制变压器、整流电路、稳压电路，还包括单晶硅P/N型探针连接检测端口和单晶硅电阻率探针连接检测端口，单晶硅P/N型探针连接检测端口与多路输出控制变压器的一输出端连接，该探针连接检测端口还与整流电路、滤波电路连接，再接一运算放大器，运算放大器分别通过NPN和PNP型三极管与能够显示单晶硅P/N型的数码管驱动连接，探针检测单晶硅P/N型产生的脉动电流信号，经运算放大器进行电流放大，并分别导通NPN或PNP型三极管，驱动数码管，分别显示单晶硅料的P型或N型；单晶硅电阻率探针连接检测端口与整流电路、一滤波、恒流稳压电路连接，整流电路与多路输出控制变压器的一输出端连接，电阻率探针连接检测端口还与显示电阻率的数字电压表连接。数字电压表通过整流稳压电路与多路输出控制变压器的一输出端连接。单晶硅P/N型探针采用三探针，相应的探针连接检测端口为单晶硅P/N型三探针连接检测端口；单晶硅电阻率探针采用四探针，相应的探针连接检测端口为电阻率四探针连接检测端口。四探针法采用排成一条直线、间隔均等的四根金属探针以一定的压力垂直压在被测硅料表平面上，在1和4探针之间通以10-50mA直流电(由恒流稳压电路中的恒流源供给)，此时2和3探针之间经过硅料表面就产生了一定的电压，再利用经验公式：ρ＝CV_2-3/I，计算出硅单晶的电阻率，从而校准并检测出半导体材料的导电程度。

本实用新型把测量硅单晶PN型号和电阻率参数的功能集中设计到一块电路板上，板上设计两个测量端口，这两个测量端口分别为连接三探针的检测单晶硅P/N型的三探针连接检测端口和连接四探针的检测单晶硅电阻率的四探针连接检测端口，将检测电阻率及P/N型电路合二为一，外接两个测试探头分别测量和判断硅材料的电阻率和导电类型。检测出的硅材料导电类型经过计算电路(即图1中由LM741运放为核心器件组成的计算电路)计算后显示在两个七段数码管上，电阻率数值经放大电路计算后显示在一块数字电压表上。采用的主要元件有：一个多路输出控制变压器，有三路输出端，4个与变压器输出端连接的整流桥，4个78系列三端稳压器和1个7912三端稳压器与整流桥连接，一个运算放大器，及2个NPN三极管、一个PNP三极管和一块数字电压表。测量硅单晶P/N型号的电路包括控制变压器、整流桥、稳压器、NPN三极管、PNP三极管、运算放大器；测量硅单晶电阻率参数的电路包括控制变压器、整流器、稳压器、数字电压表。