HAD2258C型多功能数字式四探针检验测试仪.doc
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1、-!仪器在线http:/ HAD2258C型多功能数字式四探针测试仪 技术使用说明书2013.09.20版北京恒奥德仪器仪表有限公司目录第1章 概述1第2章 技术参数1第3章 工作原理2第4章 结构特征4第5章 使用方法4附录1A 7附录1B 7附录1A 11附录2 12HAD-C型四探针测试台 操作使用说明书14欢迎使用HAD2258C型多功能数字式四探针测试仪!由衷地感谢您加入本公司的用户队伍!第1章 概述HAD2258C型多功能数字式四探针测试仪是运用四探针测量原理测试导体、半导体材料电阻率/方阻的多用途综合测量仪器。该仪器设计符合GB/T 1551-2009 硅单晶电阻率测定方法、GB
2、/T 1551-1995硅、锗单晶电阻率测定直流两探针法、GB/T 1552-1995硅、锗单晶电阻率测定直流四探针法并参考美国 A.S.T.M 标准。仪器成套组成:由主机、选配的四探针探头、测试台等部分组成。主机主要由精密恒流源、高分辨率ADC、嵌入式单片机系统组成。仪器所有参数设定、功能转换全部采用数字化键盘输入;具有零位、满度自校功能;电压电流全自动转换量程;测试结果由数字表头直接显示。本测试仪特赠设测试结果分类功能,最大分类10类。探头选配:根据不同材料特性需要,探头可有多款选配。有高耐磨碳化钨探针探头,以测试硅类半导体、金属、导电塑料类等硬质材料的电阻率/方阻;也有球形镀金铜合金探针
3、探头,可测柔性材料导电薄膜、金属涂层或薄膜、陶瓷或玻璃等基底上导电膜(ITO膜)或纳米涂层等半导体材料的电阻率/方阻。换上四端子测试夹具,还可对电阻器体电阻、金属导体的低、中值电阻以及开关类接触电阻进行测量。配专用探头,也可测试电池极片等箔上涂层电阻率方阻。测试台选配:一般四探针法测试电阻率/方阻配HAD-A或HAD-B或HAD-C或HAD-F型测试台。二探针法测试电阻率测试选HAD-K型测试台,也可选配HAD-D型测试台以测试半导体粉末电阻率,选配HAD-G型测试台测试橡塑材料电阻率。详见不同半导体材料电阻率/方阻测试的四探针探头和测试台选配方法。仪器适用于半导体材料厂器件厂、科研单位、高等
4、院校对导体、半导体、类半导体材料的导电性能的测试。第2章 技术参数1. 测量范围、分辨率(括号内为拓展量程,可定制)电 阻:10.010-6 200.0103 , 分辨率1.010-6 0.1103 (1.010-6 20.00103 , 分辨率0.110-6 0.01103 )电 阻 率:10.010-6 200.0103 -cm 分辨率1.010-6 0.1103 -cm (1.010-6 20.00103 -cm 分辨率0.110-6 0.01103 -cm)方块电阻:50.010-6 1.0106 / 分辨率5.010-6 0.5103 / (5.010-6 100.0103 / 分辨
5、率0.510-6 0.1103 /)2. 材料尺寸(由选配测试台和测试方式决定)直 径: HAD-A圆测试台直接测试方式 15130mm,手持方式不限HAD-B/C/F方测试台直接测试方式180mm180mm,手持方式不限.长(高)度: 测试台直接测试方式 H100mm, 手持方式不限.3. 量程划分及误差等级满度显示200.020.002.000200.020.002.000200.020.002.000常规量程k-cm/k-cm/-cm/m-cm/-最大拓展量程-k-cm/-cm/m-cm/m-cm/基本误差2%FSB4LSB1.5%FSB4LSB0.5%FSB2LSB0.5%FSB4LS
6、B1.0%FSB4LSB4. 测量方位轴向、径向均可5. 数字电压表:量程:10mV 100 mV,自动显示: 4位有效数字,最大显示999.9 小数点、单位自动显示6. 数控恒流源:电流输出:直流电流0.1A1.0A可调,系统自动步进调整。7. 四探针测试探头:根据需要选配一种或多种探 针 间 距: 1mm或2.0mm探针机械游移率: 1.0%探 针: 测试硅料类碳化钨尖针,0.5mm,或测试薄膜专用半球形针尖压 力: 钨针02kg可调,最大压力约2kg,薄膜探针300g400g8. 电源:功 耗: 15W输入:220V10% 50Hz9. 本仪器工作条件为:温 度: 0-40相对湿度: 6
7、0%工作室内应无强电磁场干扰,不与高频设备共用电源。10. 外形尺寸:主机 245mm(长)220 mm(宽)95mm(高)第3章 工作原理*电阻率与方阻概念*:电阻率:当某种材料截成正方体时,平行对面间的电阻值只与材料的类别有关,而与正方形边长无关,这种单位体积的阻值可反映材料的导电特性,称为电阻率(体电阻率),记为:,标准单位:-m,常用单位-cm.方块电阻:薄膜类导体、半导体材料截成正方形时,平行对边间的电阻值只与材料的类别(电阻率)和厚度有关,而与正方形边长无关,这种单位面积的对边间的阻值可反映薄膜的导电特性和厚度信息,称为方块电阻,简称方阻。记为:R,标准单位:/1. 测试原理:直线
8、四探针法测试原理简介如下:1体电阻率测量:如右 图3.1 四探针法测量原理图当1、2、3、4四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时,在1、4两根探针间通过电流I,则在2、3探针间产生电位差V。 图3.1 四探针法测量原理图材料电阻率 (-cm) (3-1)式中C为探针修正系数,由探针的间距决定。当试样电阻率分布均匀,试样尺寸满足半无穷大条件时S112S1+S21+S21S2+S31C= (cm) (3-2)式中:S1、S2、S3分别为探针1与2,2与3,3与4之间的距离,探头系数由制造厂对探针间距进行测定后确定,并提供给用户。每个探头都有自己的系数C。如下表: 探头系数速查表
9、直线四探针C=2S矩形四探针S1=S2=S3=1mmC0.628针距1.0mmX1.0mmC=1.072S1=S2=S3=2mmC1.256针距2.0mmX2.0mmC=2.144(a)块状或棒状样品体电阻率测量:由于块状或棒状样品外形尺寸远大于探针间距,符合半无穷大的边界条件,电阻率值可以直接由(31)式求出。(b)薄片电阻率测量 (以S1=S2=S3=1mm时,C0.628 cm为例)。薄片样品因为其厚度与探针间距相近,不符合半无穷大边界条件,测量时要附加样品的厚度、形状和测量位置的修正系数。其电阻率值可由下面公式得出: (3-3)式中:0 :为块状体电阻率测量值 :为样品厚度修正函数,可
10、由附录1A或附录1B查得。*表中W:样品厚度(m或mm);S:探针间距(mm) :为样品形状与测量位置的修正函数,可由附录2查得。* 当圆形硅片的厚度满足 0.5条件时,电阻率为: (3-4)式中Ln2为2的自然对数。W:样品厚度(cm);S:探针间距(cm)* 当忽略探针几何修正系数时,即认为C=2S时 (3-5)式中Ln2为2的自然对数。W:样品厚度(cm); 2 扩散层的方块电阻测量当半导体薄层尺寸满足于半无穷大平面条件时: 直线四探针等距 (3-6) 方形四探针等距 (3-6A)3 特薄膜或薄层的电阻率测量由于薄片或膜,查表厚度修正系数误差较大,可按式(3-5)和(3-6),忽略形状修
11、正可得薄膜电阻率 = R*W , R 单位/, w单位cm , 单位-cm (3-7) 2. 整机电气原理HAD2258C型多功能数字式四探针测试仪原理方框图如图2所示。图2 HAD2258C原理方框图第4章 结构特征主机为仪器主要电气部分所在,在其面板结构如图3所示。图3 HAD2258C面板示意图主机后盖板设有交流220V电源插座、保险丝座和上位机USB接口。如图4所示。图4 HAD2258C后板示意图第5章 使用方法 操作概述5.1 测试准备:电源开关置于断开位置,将电源插头插入电源插座。将测试探头的插头与主机的输入插座连接起来,半导体类测试样品应进行喷砂和清洁处理,将样品放在测试台上,
12、 电阻测量,用四端子测量线作输入线,按图5.1所示夹持好样品,调节室内温度使之达到要求的测试条件。将电源开关置于开启位置,数字显示窗亮。仪器虽可开机即用,一般开机预热至少一刻钟后,达稳定状态最好!调节室内温度使之达到要求的测试条件。 图5.1 四探计测试仪电阻测量示意图5.2 参数设定:仪器开机默认状态为测量模式,测量状态中也可按“模式”键“”切换到设定模式。仪器只有在设定模式下才接受相关参数设定功能。在设定模式下,按“类别”键,用于轮流切换C、R、1、2、39等,如图5.2所示图5.2设定参数切换显示在设定模式下仪器要设定的参数类别,由 “类别选择”键来选择,由显示窗口左第一位红色数码管显示
13、;参数值由显示窗口右四位数码配合显示窗右侧单位指示来显示;参数大小由数码键盘输入。具体参数类别、符号、含义、取值范围说明见下表5.1:表5.1设定参数符号、类别、含义、取值范围说明表符号类别、含义取值范围单位选择含义备注C:“电阻率”测试基本修正系数0.628100直线四探针,针距1.0mm1.256100直线四探针,针距2.0mm1.072100方形四探针,针距1.0mm2.144100方形四探针,针距2.0mm:“方块电阻”测试基本修正系数4.532100直线四探针。9.064100方形四探针。R:“模拟电阻”测试基本修正系数1.000100需选配置四端子测试线G:“电阻率”测试厚度修正系
14、数0.0001.000100根据材料厚度与针距比W/S查阅附表1或附表1AD:“电阻率和方块电阻”测试形状和测量位置修正系数0.0001.000100根据材料形状与测试位置查阅附表2-(1)或附表2-(2)1,2,39分类界限值得序号,0.0019.999m-cm/或-cm/或k-cm/m-cm/或-cm/或k-cm/对应分类界限值,从小到大排列注意每次一个参数调节完毕,要按确认键“”才保存数据!并保证关机数据不丢失5.3测试功能状态选择参数设定完毕,按“模式”键切换到测量模式,测试功能状态项选择操作参照表5.2。表5.2:面板功能按键操作及窗口显示规则说明序号键名、符号功能描述【默认状态】对
15、应显示备注1“模式”仪器“设定”和“测量”模式切换键。两者轮流选中。【默认测量*R】“设定”或“测量”指示灯亮,指示仪器当前模式。仪器只有在“设定”模式才接受各类参数设定,只有在“测量”模式才测量参数和测量相关设定生效。2“类别选择” 在“设定”模式下是选择设定参数类别,轮流选中各类。【默认C】显示窗口最左一位红色位显示当前设定参数类别号,类别及含义详见表5.1。只有在“设定”模式下才起此作用。 在“测量”模式下是测试参数类别“电阻率”、“方块电阻R”或“模拟电阻”选择键,三者轮流选中。【默认R】指示灯亮“”、“R”、 “”三者之一亮,指示当前测量参数类别。只有在“测量”模式下才起此作用。3“
16、电流回路”电流回路“开路”或“闭合”选择键,两者轮流选中。【默认开路】“开路”或“闭合”指示灯亮,指示仪器当前状态。只有在“测量”模式才可设定。4“电流极性”电流“正向”、“反向”极性选择键,两者轮流选中。【默认正向】“正向”或“反向”指示灯亮,指示仪器当前方向。只有在“测量”模式下才有效。在手动量程时有效,在自动量程时,自动切换极性, 5“A/H”在“测量”模式下是 “自动”或“手动”量程模式选择键,【默认自动】“自动”或“手动”指示灯亮,指示仪器当前量程模式。只有在“测量”模式才起此作用。6“量程选择”在“测量”模式下是向前、向后选择电流量程。【开机默认0.1uA挡】电流量程指示灯指示当前
17、电流量程只有在“测量”模式而且是“手动”量程模式下起此作用。7“0”、“1”、“2”“8”“9” 设定参数时,对应有效数字0、1、29输入键。 窗口共显示四位有效数字,闪烁提示当前等待输入位,数字输入后,闪烁提示自动移至低一位, 参数设定开始提示位为左第一位(最高位),以后第一至第四位(最低位)循环提示8“单位” 当前设定参数单位选择键三者轮流选中 “m”、“”、 “k”三者之一亮,指示当前选中单位。修正系数设定时,单位指示为10-3、100、或103 。9“小数点”设定参数时小数点输入键。 输入时当前已输入位小数点亮当前已输入位是第四位(最低位)时,小数点换至左第一位,同时单位向高升一档。1
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