JJG 508-2004 四探针电阻率测试仪.pdf.pdf
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1、中华人民共和国国家计量检定规程 i i G 5 0 8 -2 0 0 4 四探针电阻率测试仪 R e s i s t i v i t y Me a s u r i n g I n s t r u me n t s w i t h F o u r 一P r o b e A r r a y Me t h o d 2 0 0 4 一0 9一 2 1 发布2 0 0 5 一0 3 一2 1 实施 国 家 质 量 监 督 检 验 检 疫 总 局发布 J J G 5 0 8 - 2 0 0 4 四探针电阻率测试仪检定规程 、心。心。 夕 . 0 . 0. 。 一 。- - - - - - - - - -
2、- V e r i f i c a t i o n R e g u l a t i o n o f R e s i s t i v i t y Me a s u r i n g I n s t r u m e n t s w i t h F o u r 一P r o b e A r r a y Me t h o d J J G 5 0 8 -2 0 0 4 代替 J J G 5 0 8 -1 9 8 7 飞 . o . 0. 0 . 0 . o . 0 . , . , . o . o . o. o . , . 。 。 本规程经国家质量监督检验检疫总局于 2 0 0 4 年 0 9月 2 1日批
3、准,并 自 2 0 0 5 年0 3 月 2 1 日 起施行。 归 口 单 位:全国 无线电计量技术委员会 主要起草单位:中国计量科学研究院 参加起草单位:广州半导体材料研究所 本规程委托全国无线电计量技术委员会负责解释 J J G 5 0 8 - 2 0 0 4 本规程主要起草人 : 鲁效明 参加起草人 : 谢鸿波 ( 中国计量科学研究院) ( 广州半导体材料研究所) . L 1 G 5 0 8 - 2 0 0 4 目录 1 范围 ( 1 ) 2 概述 , ( 1 ) 3 计量性能要求 ( 1 ) 3 . 1 对电阻率测试仪技术指标的要求 ( 1 ) 3 . 2 绝缘电阻的测量和绝缘强度的试
4、验 ( 2 ) 4 通用技术要求 ( 3 ) 4 . 1 电阻率测试仪的外观 ( 3 ) 4 . 2 电阻率测试仪工作正常性的检查 ( 3 ) 5 计量器具控制 ( 3 ) 5 . 1 检定条件 ( 3 ) 5 . 2 检定项 目 ( 5) 5 . 3 检定方法 ( 5) 5 . 4 检 定 结 果的 处 理 ( 8 ) 5 . 5 检定周期 , , , , ( 8 ) 附录 A 探针压痕检定记录及计算方法 ( 9) 附录 B 用电阻率标准样片整体方法检定电阻率测试仪的记录格式 ( 1 0 ) 附录 C 用标准样片检定电阻率测试仪各修正系数表 ( 1 1 ) 附录 D 分部件检定四探针电阻率测
5、试仪检定结果的处理 ( l 2 ) 附录 E 四探针电阻率测试仪检定证书及检定结果通知书内页格式 ( 1 4 ) J J G 5 0 8 - 2 0 0 4 四探针电阻率测试仪检定规程 范 围 本规程适用于接触式 ,测量范围在 1 0 - ,f l “ c m一1 少Q “ c m的四探针电阻率测试仪的 首次检定,后续检定和使用中检验。对某些多功能的四探针电阻率测试仪或只能测量方 块电 阻四探针测试仪也同 样适用。 方块电阻的测量范围 在 1 0 - 1 0 / 口一 1 0 4 0 / 口。 本规程不适用于二探针、三探针、六探针及方型四探针电阻率测试仪的检定。 2概 述 四探针电阻率测试仪
6、( 以下简称电阻率测试仪) ,是用来测量半导体材料及工艺硅 片的电阻率,或扩散层及外延层 ,以及绝缘衬底镀膜层方块电阻的测量仪器。它主要由 电气部分和探头等部分组成。自动式测试仪还包括计算机及接 口等部分,电气部分一般 包括可调稳流源 、A / D转换器、数字显示器、换向开关等仪器和部件。探头部分一般包 括探头夹具、探头和样品台,其原理图及方框图如图 1 和图 2 所示。 图 1 标准样片检定电阻率测试仪的原理图 x 一 换向开关;R 、 一标准电阻;仔 一探针接线;玫一无热电势开关;R 、 一被检标准样片 微 型 计 算 机 部 分 直流稳流源 及 数 字 电 压 表 探针头及 样 品 台
7、部 分 图2 标准样片检定电阻率测试仪的方框图 3 计It性能要求 3 . 1 对电阻率测试仪技术指标的要求 3 . 1 . 1 各种型号的电阻率测试仪的技术指标应符合 出厂技术说 明书的要求。 工级、 II 级电阻率测试仪的技术指标应符合 S J / T 1 0 3 1 4 -9 2 和 S J / T 1 0 3 1 5 -9 2 的部颁标准。 JJ G 5 0 8 一 2 0( l4 2 仪器的测量范围 ( 见表 1) 表 1 电阻率测试仪的测t范围 电阻率测试仪等级I级 n级 电阻率/( n c m )1 0 4 一1 己 一 1 0 一 3 一2xl 0 3 方块电阻/( 侧口)1
8、0 一 一1 0 ,1 02一2xl 少 电阻I n1 0 一 ” 一I J1 02一Zxl 了 仪器的准确度 ( 见表 2) 表 2电阻率测试仪的准确度 电阻率测试仪等级工级 n级 0. o l n c m一5 0 0 n c m ( %) 士 3土 5 小于0 . 0)I n C m一 0 . 0 1 几 C m ( %) 士5土 1 0 大于 5 0()n c rn一1 以洲 n c m ( %) 注:准确度以示值基本误差表示 4 探针头技术指标 ( 见表 3 ) 表3 探针头的各项技术指标 探 针头的级别工级n级 探针头间距系列/ m m 1 . 卫 )1 . 5 9 0 探针头间距相
9、对偏差/( %)小于或等于 1小于或等于2 探针游移率/( %)小于或等于0 . 3小于或等于0 , 5 探针力 / N 测样 片时 1 2 测薄层时厚度大于或等于3 拜 m时 0. 2 0 4 测薄层时厚度小于3 胖 m时 0. 3 0 . 8 3 . 1 . 5 对某些技术条件不完全符合本规程的电阻率测试仪可以参照本规程进行校准。 3 . 2 绝缘电阻的测量和绝缘强度的试验 3 . 2 . 1 首次检定的电阻率测试仪应作绝缘电阻的测量。在仪器的探针之间或探针与仪 器外壳之间可用遥表或其它方法测量其绝缘电阻,测量时工作电压为 ( 1 00 一5 00 ) v, 绝缘电阻值不得低于s ooM
10、n 。 3 . 2 . 2 首次检定的电阻率测试仪,可进行绝缘强度即耐压试验 ,要求电流输人端与机 壳间应能承受 1 5 00V ( 有效值)交流电压,历时 l m in,无击穿与飞弧现象。对此项试验 由送检单位提出申请后方可进行,如未做耐压试验 ,则应在检定证书上注明。 J J G 5 0 8 - 2 0 0 4 4 通用技术要求 4 . 1 电阻率测试仪的外观 4 . 1 . 1 电阻率测试仪外壳或铭牌上应有以下主要标志和符号 : a . 产品名称 、型号、制造厂名称或商标、出厂编号、 哑】 标志。 b . 仪器外露部件 ( 包括外壳)有无缺陷、松动或损坏。 c . 准确度等级。 4 .
11、2 电阻率测试仪工作正常性的检查 a . 手动或倾斜仪器时是否可以听到内部有松动零件的撞击声。 b . 各调节盘定位与接触是否良好。 c 数字显示是否正常。 d . 探头是否晃动,四根针是否在同一平面上和直线上,有无出厂编号、型号、生 产厂家及相关技术指标。 e . 当外观和工作正常性检查时,发现上述项 目中的某一项或多项已构成影响该仪 器的计量性能时,则应在修复后再进行检定。 5 计,器具控 制 计量器具控制包括首次检定、后续检定和使用中的检验。 5 . 1 检定条件 5 . 1 . 1 环境条件 电阻率测试仪的检定应在恒温专用清洁室内进行 ,检定具体要求见表4 ,检定前, 被检电阻率测试仪
12、应在恒温室内放置 4 h 以上。 表4 电阻率测试仪的环境要求 被检仪器级别 工级和 n级 室 温/ 相 对湿度/ % 2 3 土 24 0 6 5 室 内条 件 专用清洁室 其它外界干扰 无较强 的电场干扰 ,无强光直接照射 在检定过程中,发现有静电感应或泄漏电流等现象,则应采取相应的屏蔽或接地措 施消除。 5 . 1 . 2 检定电阻率测试仪应具备下列设备 : 检定用的标准器具:三套电阻率标准样片、分部件检定方法中的模拟电路电阻器。 标准辅助设备 ,有一台工具显微镜、若干抛光片或抛光蒸铝片、一台测力仪和一只 温度计。 标准器具和标准辅助设备及环境条件所引起的扩展不确定度应不大于被检电阻率测
13、 试仪最大允许误差的 1 / 3 ,包含因子 k 取 2 0 5 . 1 . 2 . 1 三套共 1 2个标准样片的电阻率,电阻率标称值为 0 . 0 0 5 , 0 . 0 1 , 0 . 1 , 1 , 5 , 1 0 , 2 5 , 7 5 , 1 8 0 , 2 5 0 , 5 0 0 , 1 0 0 0 0 - c m 。对其样片本身的要求见表5 . 5 . 1 . 2 . 2 用于检定电阻率测试仪的标准样片,表面应没有任何脏物,长期使用应按 3 I T G 5 0 8 - 2 0 0 4 “ 使用说明”规定方法清洗,以保持样片表面的清洁。 表5 对标准样片本身的要求 标准样片标称值
14、 / ( n“ c m 标准样片厚度 W/ mm与 直径 D/ - 温度 系数 备注 0 . 0 0 5一 1 0 0 0 译蕊1 . 6 D _ 1 6 一 习 万 #r f(F Y, Rr 4 h #Ik tx - $IL 有一 小于被检仪器淮确度的 1 / 3 标准样片应经省部级以上计量部门检定 2 . 3 对模拟电路电阻器的要求 1 )用模拟电路法检定电阻率测试仪电气部分的 和R有如下要求 ( 见表 6 ) 0 模拟电路法的电阻计算公式如下: U _ R, U r 二 认 = 了 丁 U / I比时,对模拟电路电阻器的电 ( 1 ) 式 中 : U R U I 模拟电路的标准电阻; 电
15、流正反向测量 厂 上电压降的平均值 ; 标准电阻值; 标准电阻上电压降平均值; 正反向电流的平均值。 表6 对模拟电阻器的要求 2 )检定 1 级电阻率测试仪的模拟电路电阻器 ,: 电阻 1 0 次测量的标准偏差要小于 或等于 r 平均值的0 . 3 %0 1 0 次测量的 r 平均值与: 实际值相比较扩展不确定度小于或 等于0 . 3 %。检定 II级电阻率测试仪的模拟电路,: 电阻 1 0 次测量的标准偏差要小于或 等于 r 平均值的0 . 5 %. 1 0次测量的 : 平均值与: 实际值相 比较扩展不确定度小于或等 于 0 . 5 %。 J I G 5 0 8 - 2 0 0 4 5 .
16、 1 . 2 . 4 一台放大倍数不低于 4 0 0 倍的工具显微镜 ( 或不低于 1 0 0 倍的投影仪) ,若干 片抛光硅片或抛光蒸铝硅片。 5 . 1 . 2 . 5 一台测力仪,测力仪的技术指标为: a . 测力范围 不小于:( 0 一 9 . 8 ) N ; b . 测力仪准确度优于:士 5 %. 5 . 1 . 2 . 6 0 . 1 分度值的温度计一只,温度范围)1 0 一 4 0 C a 2检定项 目 电阻率测试仪的检定项目见表 7 0 表 7 检定 项目 ,W Xoff 首次检定后续检定使用中检验 外 观检查+十+ 绝缘 电阻十 绝缘 强度 + 探针头检定 +十 示值基本误差
17、 检定 + 注:“ 十”表示应检项 目,“ 一”表示可不检项目。 5 . 3 检定方法 5 . 3 . 1 外观检查 按 4 . 1 . 1 给出的细则去作检查。 5 . 3 . 2 对定型试验的电阻率测试仪作绝缘电阻和绝缘强度的试验。 按 3 . 2 . 1 作绝缘电阻测量,按 3 . 2 . 2作绝缘强度试验。 5 . 3 . 3 探针头检定 5 . 3 . 3 . 1 测量探针力 用测力仪测出每根针的力和四根针的合力。 5 . 3 . 3 . 2 观察探针压痕形状, 测量压痕直径间距和探针游移率。 1 )用一个抛光面的硅片 ( 或抛光蒸铝片) ,在被检仪器探针力为合格值时压 1 0 组
18、压痕 ( 注意 1 0 组压痕的排列顺序 ,不可弄乱) ,然后用显微镜或投影仪观察每个压痕的 形状、 读出Y 轴上Y 、 和 Y 。 的 读数 ( 即每组压痕中在 Y 轴最大值与最小值)并算出 Y n 与Y 。 的差值。 然后测量压痕直径及相邻两个压痕之间的 距离, 合格的探针压痕是指均 匀接触而无滑动的压痕。 2 )探针压痕的直径和间距按下式计算,四根针压痕示意图见图3 0 !l 2八、 了、 B一D一 业2 S , = S Z = 一 C + D 2 F ,+ Fc + D J J G 5 0 8 -2 0 0 4 S , = +H E+F 2 2 式中:A , B , C , D, E,
19、 F,、H分别表示探针压痕在显微镜上的读数, 其 1 0 次平均值作为最后的计算值,则压痕参数实际求法如下: 0 】 二I A一BI 0 , =! C一D o , =. E一州 o , = 一H ( 4 ) 并取 、Jjl、JJ 亡,6门1只 1尹、1 O A B C D E厂G H X 图 3四根 针压痕示 意图 探针压痕,探针间距和探针游移率的记录格式及其计算方法见附录A o 5 . 3 . 4 电阻率测试仪示值基本误差的检定 5 . 3 . 4 . 1 电阻率测试仪示值基本误差的检定有两种检定方法:两种方法为用标准样片 的整体检定法和用模拟电路的分部件检定法。可用其中任何一种方法进行检定
20、。 5 . 34 . 2 用硅单晶电阻率标准样片对电阻率测试仪进行整体检定 注:一般分为方块电阻检定和电阻率的检定,对于只能测量方块电阻的测试仪就对该仪器进行 方块电阻检定。对于既能测方块电阻又能测电阻率的电阻率测试仪,可对电阻率进行检定。如果用 户提出只对方块电阻进行检定也可以只检方块电阻。 1 )电阻率测试仪电阻率的检定 将被检仪器的电流值调到标准样片允许通过使用的电流值以内,对 1 2 个标准样片 进行测量,每个样片在正反电流的情况下各测 1 0次,每正反向测量一次将样片转动2 0 0 一 3 0 0 ,共计测得 2 0 个数据。通常以电压表读数在 1 0 m v左右。对小电阻率的标准样
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