CN111856138A - 一种测量微尺度金属样品电阻率的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种测量微尺度金属样品电阻率的装置和方法，首先在基板上制作测试电极及测温电极，将样品置于基板之上，与测试电极连接，测试电极连接四线法电阻测量电路；将基板置于加热台上，基板及加热台均放入一真空腔室，通过调整温度，绘制电阻率随温度的变化关系曲线。本发明可对各种形状、更小尺寸的样品测量电阻率，根据样品的尺寸和形状选择不同的沉积电极的工艺。
Description
技术领域
本发明属于金属样品电阻率测试领域，涉及四线法技术，尤其是一种基于四线法测量微尺度金属样品电阻率的装置和方法。
背景技术
目前，对于金属样品测量电阻率的方法及设备较多，但大多针对的为尺寸较大的样品，且对样品的形状、厚度、表面状态等有一定的要求，而针对微尺度金属样品则测量方法较少，且对测量样品的尺度为毫米级别，对样品的形状同样有要求。为了对各种形状、尺寸更小的样品测量电阻率，需要开发一种新的方法进行测量。
四线连接方式如图1所示，连接有两个要求：对于每个测试点都有一条激励线和一条检测线，二者严格分开，各自构成独立回路；同时要求检测线必须接到一个有极高输入阻抗的测试回路上，使流过检测线的电流极小，近似为零。激励线即是电流供给回路，检测线即是电压测定回路，电流、电压两回路各自独立。电流供给回路两端子与电压测定回路两端子共计四端子，故称四线测试。V≒I1×R(因I2(小电流)再乘上小电阻得到更小的压降)，因电压表的内部阻抗非常高(mΩ级)，远远大于电压测定回路的馈线电阻R3和R4(Ω级)，使得几乎全部的电流流经过R，流经电压表的电流I2几乎为零，故所量到的电压也几乎是R本身的压降，馈线电阻完全可以忽略，使所测得的R几乎近似于R本身，由此可精确测定被测电阻之微小阻值，其四线测试的测试精度可达到mΩ级。(图2)四端子测试时电流供给回路与电压测定回路是个别独立的(电流供给回路2端子与电压测定回路2端子，共计4端子)，由于电压测定计内部阻抗非常高，故电压测定回路中排线阻抗、接触阻抗、内部阻抗皆可忽略，因此可精确测得被测电阻之微小阻值。
四线法的优势，不仅消除了引线电阻和接触电阻，还可以大大减少热电动势的影响。因为电流端子是发热的源泉，但分开后由于恒流的作用，到底串联多大电阻、甚至串联个电池，都没有关系了，都是恒流的，因此接线端子也可以用很普通的。另一方面，两个电压端子由于不流过电流，因此不发热，并且距离发热的电流端子保持一定的距离，也可以减少热传导过来，接线端子可以采用低热的。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种基于四线法测量微尺度金属样品电阻率的方法，可对各种形状、更小尺寸的样品测量电阻率。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：
一种测量微尺度金属样品电阻率的装置，包括基板，在基板的上制有图形化的测试电极，待测样品置于基板上与测试电极连接，测试电极连接电阻测量电路。
而且，所述的图形化的测试电极采用光刻法或金属物理掩膜版与物理气相沉积相结合的方法或喷墨打印方法制成。
而且，本装置还包括一用于改变样品温度的加热器。所述加热器置于基板下方。
而且，本装置还包括一用于避免样品氧化的真空腔室，所述基板置于真空腔室内。
而且，所述基板上制有测温电阻，测温电极连接温度显示器，可以显示实时温度。
而且，在基板的上方安装一盖板。
一种基于四线法测量微尺度金属样品电阻率的方法，首先在基板上制作测试电极，将样品置于基板之上，与测试电极连接，测试电极连接四线法电阻测量电路，持续测量样品电阻率。
一种基于四线法测量微尺度金属样品电阻率的方法，首先在基板上制作测试电极及测温电极，将样品置于基板之上，与测试电极连接，测试电极连接四线法电阻测量电路；将基板置于加热台上，基板及加热台均放入一真空腔室，通过调整温度，绘制电阻率随温度的变化关系曲线。
本发明的优点和积极效果是：
1、本发明可对各种形状、更小尺寸的样品测量电阻率，根据样品的尺寸和形状选择不同的沉积电极的工艺。
2、本发明配有加热台，可以原位测量样品的导电性能随温度变化的关系。
3、本发明在基板沉积有测温电极，可以准确地测量样品所处的实际温度，提高测量的准确性。
4、本发明采用四线法测电阻的方式，可以避免接触电阻和线路电阻对测试结果的影响，提高测试的精确度。
5、本发明利用分子泵机组可制造一个真空度可达10-4Pa的真空测试环境，避免测试过程中样品与空气中的气体反应使样品氧化或损坏。
附图说明
图1为四线法测电阻的电路图；
图2为四线法测电阻的示意图；
图3为本发明装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种测量微尺度金属样品电阻率的装置，包括基板8、加热台9、真空腔室4，真空腔室连接分子泵3。在真空腔室内安装加热台及基板，在基板的上表面制有图形化电极，所述的图形化电极包括测试电极2及测温电极7。待测样品1与测试电极连接，测试电极连接电阻测量电路，测温电极连接温度显示器，可以显示实时温度。
在基板的上方安装一盖板5，在盖板的底面四角对称制有四个限位柱6，在基板的四角对应四个限位柱的位置制有四个限位孔。
所述加热台用于加热测试原件和样品，可以用来测试不同温度下样品的电阻率，并绘制电阻率随温度的变化关系曲线。
所述测温电极利用电极材料电阻随温度变化的线性关系，通过测量电极电阻来准确的记录样品所处的实际温度。
所述真空腔室用于防止样品在升温过程中被氧化。
所述基板采用云母、石英和聚醚醚酮等绝缘耐高温材料，或硅氧化片等表面有钝化层的耐高温材料制成，在基板上制作图形化电极，以达到测量微型化金属样品的目的。
所述图形化电极材料的制作方法有以下几种：
1.普通紫外光刻或电子束曝光光刻制作图形化模板，再使用物理气相沉积(如：磁控溅射、电子束蒸发)的方法沉积Au和Pt等金属材料。电极宽度最小可达2微米(紫外光刻)和200nm(电子束曝光)，可测量样品面内尺寸最小可达100μm*10μm。
2.金属物理掩膜版与物理气相沉积相结合的方法制备电极，电极宽度最小可达50μm，可测量样品面内尺寸最小可到1mm*20μm。
3.使用喷墨打印技术在绝缘基板上打印导电墨水，导电墨水的材质为掺Ag的导电溶液。最小电极宽度可达100微米，可测样品面内尺寸最小可达2mm*20μm。
一种基于四线法测量微尺度金属样品电阻率的方法，首先在基板上制作测试电极及测温电极；将样品置于基板之上，与测试电极连接，测试电极连接四线法电阻测量电路；将基板置于加热台上，基板及加热台均放入一真空腔室，持续测量样品电阻率，通过调整温度，可以绘制电阻率随温度的变化关系曲线。以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种测量微尺度金属样品电阻率的装置，其特征在于：包括基板，在基板的上制有图形化的测试电极，待测样品置于基板上与测试电极连接，测试电极连接电阻测量电路。
2.根据权利要求1所述的测量微尺度金属样品电阻率的装置，其特征在于：所述的图形化的测试电极采用光刻法或金属物理掩膜版与物理气相沉积相结合的方法或喷墨打印方法制成。
3.根据权利要求1所述的测量微尺度金属样品电阻率的装置，其特征在于：本装置还包括一用于改变样品温度的加热器，所述加热器置于基板下方，加热器由温控仪控制温度。
4.根据权利要求1或3所述的测量微尺度金属样品电阻率的装置，其特征在于：本装置还包括一用于避免样品氧化的真空腔室，所述基板置于真空腔室内。
5.根据权利要求1或2所述的测量微尺度金属样品电阻率的装置，其特征在于：所述基板上制有测温电阻，测温电极连接温度显示器。
6.根据权利要求1或3所述的测量微尺度金属样品电阻率的装置，其特征在于：在基板的上方安装一盖板。
7.一种基于四线法测量微尺度金属样品电阻率的方法，其特征在于：首先在基板上制作测试电极，将样品置于基板之上，与测试电极连接，测试电极连接四线法电阻测量电路，持续测量样品电阻率。
8.一种基于四线法测量微尺度金属样品电阻率的方法，其特征在于：首先在基板上制作测试电极及测温电极，将样品置于基板之上，与测试电极连接，测试电极连接四线法电阻测量电路；将基板置于加热台上，基板及加热台均放入一真空腔室，通过调整温度，绘制电阻率随温度的变化关系曲线。
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