[发明专利]对薄层材料进行无损测量的方块电阻测试仪及其测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及方块电阻测试仪研究领域，特别涉及一种对薄层材料进行无损测量的方块电阻测试仪及其测试方法。

背景技术

涂层与薄膜材料主要是指由扩散层、外延、离子注入、化学气相或其他淀积工艺在硅衬底上形成的薄层材料，方块电阻（又称面电阻）是研制、生产薄层材料过程中必须测量的重要参数。目前国内外常用的薄层材料方块电阻测试方法是四探针法，其测试装置一般由四探针头、测试架、主机、测量控制系统组成。其中测试架包括样品台、悬臂，四探针头固定在悬臂上，可在悬臂上升降，探头的中心轴线与样品台中心对中，主机设置在测试架的一侧，包括箱体以及设置在箱体内部的测试电路，四探针头与测试电路相连，测试电路包括电源电路、恒流源电路。四探测头还与测量控制系统中的电压检测电路相连。测试原理是：薄层材料放置在测试架平台上，四探针头的四根等距探针竖直的排成一排，施加适当的压力使其与被测样品表面形成欧姆连接，用恒流源给两个外探针（1、4探针）通一小电流，电压检测电路测量内侧两探针（2、3探针）间的电压，测量控制系统中的处理模块通过内部的转换电路将电压信号换算成方块电阻值，然后进行显示。

但现有的薄层材料方块电阻测试设备，1、4电流探针两端电压往往过大，且缺少测量保护装置，很容易发生电击穿现象，对薄层材料造成电气损伤；另外，探针头的探针曲率半径一般做得过小，接触压力也过大，会对薄层材料造成压穿或压裂的机械损伤。

因此，需要一种测试电压可调、探针头又有恰当曲率半径和压力的针对薄层材料进行测量的方块电阻测试仪及其测试方法。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种对薄层材料进行无损测量的方块电阻测试仪，该测试仪在测试时对薄层材料无电气和机械损伤，从而能广泛应用于测量各种新型薄层材料。

本发明的另一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于上述测试仪的测试方法。该方法能够调节测试电压以及调节电流，实现无损检测。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：对薄层材料进行无损测量的方块电阻测试仪，包括四探针头、测试架、主机、测量控制系统，主机内包括恒流源电路和电源电路，方块电阻测试仪还包括测试电压调节器，测试电压调节器设置在电源电路和四探针头之间，用于在测试开始前调节四探针头中两个外探针之间的测试电压。通过设置测试电压调节器，可以预先调节测试电压，从而确保薄层材料不会因为电压过高而被电击穿。

具体的，所述测试电压调节器包括一电位器，该电位器一端与电源电路相连，另一端与其中一个外探针相连。从而可以根据电阻分压的原理对两个外探针之间的测试电压进行调节。

优选的，所述方块电阻测试仪还包括恒流源通断切换开关，恒流源通断切换开关设置在恒流源电路和四探针头之间，用于控制在探针针尖完全压触在薄层材料表面后才接通恒流源电路。通过设置恒流源通断切换开关可以避免在通电的状态下发生探针针尖与薄层材料表面之间的空气电击穿打火现象。

优选的，所述主机的箱体上设置有人机交互界面，测试电压调节器调节旋钮和恒流源通断切换开关均设置在该界面上，该界面上还同时设置有显示屏，显示屏用于对外显示当前设置的各部件的参数以及测量结果。

优选的，所述四探针头为红宝石四探针头，通过具有屏蔽功能的四芯电缆线与主机相连。

更进一步的，所述红宝石四探针头包括筒体、筒盖，在筒体和筒盖所形成的空腔内设置有锥座、探针、螺旋弹簧、弹簧座、导引柱、导引柱座、调压螺丝、上导引片、下导引片，所述导引柱座安装在锥座上，导引柱座上固定设置有若干个导引柱，弹簧座上设有若干个导引通孔，导引柱分别穿过此导引通孔，弹簧座可在导引柱上滑动；上导引片和下导引片分别设置于锥座的上下两端，4根探针分别穿过上导引片和下导引片后与对应螺旋弹簧通过金属毛细管拼接在一起，每根螺旋弹簧尾部均固定在弹簧座上；筒盖固定在筒体上，调压螺丝穿过筒盖后压在弹簧座上，旋进旋出以调节螺旋弹簧的压力。通过调压螺丝改变弹簧座的位置，可改变每根螺旋弹簧的压力，从而实现对探针压力的调节。

更进一步的，所述红宝石四探针头的探针为碳化钨硬质合金探针，针尖曲率半径在25μm-900μm范围内，每根探针与每根螺旋弹簧通过毛细管拼接在一起，探针、金属毛细管与螺旋弹簧构成一个独立的弹簧探针系统，每个弹簧探针系统的压力范围在25-250g之间。

优选的，所述测试电压调节器的电压调节范围在5V-80V内。从而防止1、4探针两针尖之间的电压过高，对待测薄层材料产生电击穿现象，损坏材料。