EA037462B1 - Способ автоматизированного измерения сопротивления при применении четырёхконтактных устройств и удельного сопротивления полупроводников с применением четырёх зондов - Google Patents
Способ автоматизированного измерения сопротивления при применении четырёхконтактных устройств и удельного сопротивления полупроводников с применением четырёх зондов Download PDFInfo
- Publication number
- EA037462B1 EA037462B1 EA201892470A EA201892470A EA037462B1 EA 037462 B1 EA037462 B1 EA 037462B1 EA 201892470 A EA201892470 A EA 201892470A EA 201892470 A EA201892470 A EA 201892470A EA 037462 B1 EA037462 B1 EA 037462B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- probes
- resistance
- resistivity
- semiconductor
- measuring
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
- G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/26—Testing of individual semiconductor devices
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
Abstract
Изобретение относится к измерительной технике и представляет собой способ автоматизированного измерения сопротивлений с помощью четырёхконтактного устройства и измерения удельного сопротивления полупроводника с помощью четырёх зондов. При реализации способа в схеме четырёхзондового метода измерений сопротивления и удельного сопротивления полупроводника при помощи ключей двухпроводного мультиплексора проводят восемь коммутаций между зондами или контактами 1 и 2, 3 и 4, 1 и 3, 2 и 4 при прямом и обратном токе и измеряют восемь промежуточных значений сопротивления. Путём решения системы уравнений определяют значение сопротивления. Из соотношения, связывающего найденное сопротивление, толщину контролируемого объекта между зондами 2 и 3 и расстояние между зондами 2 и 3, определяют значение удельного сопротивления полупроводника. Техническим результатом является высокая точность и повышенная надежность определения значений сопротивления и удельного сопротивления полупроводников. Кроме того, данный способ позволяет контролировать целостность всех образуемых электрических цепей и исключать из результата измерений значения переходных и контактных сопротивлений, сопротивлений линий связи и ключей мультиплексора в образуемых электрических цепях.
Description
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам контроля сопротивления при применении четырёхконтактных устройств, удельного сопротивления полупроводников модифицированным четырёхзондовым методом с линейным расположением зондов.
При измерении удельного сопротивления полупроводников в большинстве случаев используется четырёхзондовый метод определения проводимости полупроводников.
Четырёхзондовый метод обычно используется применительно к полубесконечному образцу полупроводника, ограниченного плоской поверхностью. На эту поверхность перпендикулярно к ней помещают 4 тонких остро заточенных металлических зонда. Все четыре зонда расположены на одной прямой (фиг. 1). Через внешние зонды 1 и 4 пропускают электрический ток от источника тока, а между зондами 2 и 3 вольтметром измеряют разность потенциалов. Зная J14 и U23, нетрудно найти значение удельного сопротивления (Шалимова К.В. Физика полупроводников.- М., 1971,- гл. 1, параграфы 1-1, 1-2, 1-3; Павлов Л.П. Методы определения основных параметров полупроводниковых материалов. -М., 1975, -гл. 1, параграфы 1.1, 1.2).
Недостатком способа является то, что в месте контакта измерительного зонда с полупроводником возникает так называемая контактная разность потенциалов, которая оказывает влияние на результаты измерений. В связи с этим значение сопротивления полупроводника, как правило, не может быть измерено при простом включении его в цепь омметра. Поэтому способ измерений сопротивления, удельного сопротивления должен обеспечивать либо учёт, либо компенсацию этой дополнительной разности потенциалов.
Известен способ автоматизированного измерения сопротивлений, в котором результат измерений достигается за счет определенной последовательности четырёх коммутаций и измерений промежуточных сопротивлений R1, R2, R3, R4 и расчета искомого значения сопротивления Rx = (R4 + R3 - R2 - R1)/2. Патент РФ № 2655470, МПК G01R 27/02, G01R 31/02, 28.05.2018. Данное техническое решение принято в качестве прототипа.
Недостатком способа является то, что он направлен на исключение значений сопротивлений ключей мультиплексора KH1, KL1, KHm, KLm и не исключает контактную разность потенциалов, возникающую между объектом контроля и зондами (иными контактными устройствами) или контактное сопротивление между ними. Способ не предназначен для измерения удельного сопротивления полупроводников.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка способа, позволяющего контролировать сопротивление с помощью четырёхконтактного устройства, удельное сопротивление полупроводника с помощью четырёх зондов и позволяющего исключать из результата измерений переходные, контактные сопротивления, сопротивления линий связи и ключей мультиплексора образованных измерительных каналов.
Техническим результатом является повышение точности измерения сопротивления и удельного сопротивления.
Технический результат достигается тем, что в схеме четырёхзондового метода измерений сопротивления и удельного сопротивления полупроводника при помощи ключей двухпроводного мультиплексора проводят восемь коммутаций между зондами или контактами 1 и 2,3 и 4, 1 и 3, 2 и 4 при прямом и обратном токе и измеряют восемь промежуточных значений сопротивления; путём решения системы уравнений определяют значение сопротивления; определяют значение удельного сопротивления полупроводника из соотношения, связывающего найденное сопротивление, толщину контролируемого объекта между зондами 2 и 3 и расстояние между зондами 2 и 3.
На фиг. 1 представлена схема измерений удельного сопротивления полупроводника при линейном расположении зондов.
На фиг. 2 представлена эквивалентная электрическая схема расположения зондов и иных контактных устройств при измерениях сопротивлений и удельного сопротивления полупроводника. Способ реализуется следующим образом.
Зонды или иные контакты 1, 2, 3 и 4 через мультиплексор подключаются к одному измерителю сопротивлений. При этом может быть использован как измеритель сопротивлений с фиксированным значением тестового тока, так и компенсационный метод.
Осуществляют 8 измерений значений промежуточных сопротивлений R1, R^p, R2, R2обp, R3, R3обp, R4, R4обp соответственно между контактами 1 и 2, 3 и 4, 1 и 3, 2 и 4:
измеряется значение сопротивления R1 = (R1K + R1k1 + R12 + R2K + R2k2); при этом может дополнительно контролироваться целостность измерительной цепи между зондами 1 и 2 или контактами 1 и 2 четырёхконтактного устройства при прямом токе путем сравнения с критическим допуском
Ri<RflOnb (1) измеряется значение сопротивления R1обp = (R1K + R1k2 + R21 + R2K + R2k1); при этом может дополнительно контролироваться целостность измерительной цепи между зондами 1 и 2 или контактами 1 и 2 четырёхконтактного устройства при обратном токе путем сравнения с критическим допуском
Rlo6p — Rflonlo6p? (2)
- 1 037462 измеряется значение сопротивления R2 = (R3K + R3k1 + R34 + R4K + R4k2), при этом может дополнительно контролироваться целостность измерительной цепи между зондами 3 и 4 или контактами 3 и 4 четырёхконтактного устройства при прямом токе путем сравнения с критическим допуском R 2<iW(3) измеряется значение сопротивления R2обр = (R3K + R3k2 + R43 + R4K + R4k1), при этом может дополнительно контролироваться целостность измерительной цепи между зондами 3 и 4 или контактами 3 и 4 четырёхконтактного устройства при обратном токе путем сравнения с критическим допуском
R2o6p — Rflon2o6p?(4) измеряется значение сопротивления R3 = (R1K + R1K1 + R13 + R3K + R3k2), при этом может дополнительно контролироваться целостность измерительной цепи между зондами 1 и 3 или контактами 1 и 3 четырёхконтактного устройства при прямом токе путем сравнения с критическим допуском
R3 < Ядопз;(5) измеряется значение сопротивления R3обр = (R1K + R1k2 + R31+ R3K + R3k1), при этом может дополнительно контролироваться целостность измерительной цепи между зондами 1 и 3 или контактами 1 и 3 четырёхконтактного устройства при обратном токе путем сравнения с критическим допуском
Кзобр — ^-допЗобр?(6) измеряется значение сопротивления R4 = (R2K + R2k1 + R24+ R4K + R4k2), при этом может дополнительно контролироваться целостность измерительной цепи между зондами 2 и 4 или контактами 2 и 4 четырёхконтактного устройства при прямом токе путем сравнения с критическим допуском
R4 < Идоп4;(7) измеряется значение сопротивления R4обр (R2K + R2k2 + R42+ R4K + R4ki), при этом может дополнительно контролироваться целостность измерительной цепи между зондами 2 и 4 или контактами 2 и 4 четырёхконтактного устройства при обратном токе путем сравнения с критическим допуском
Rfo6p — Rjon4o6p2 (8) где
R1k1; R1k2; R2k1; R2k2; R3k1; R3k2; R4k1; R4k2 - неизвестные значения сопротивлений линий связи и сопротивлений ключей мультиплексора;
R1K; R2K; R3K; R4K - неизвестные значения контактных сопротивлений на зондов 1, 2, 3 и 4 или контактах 1, 2, 3 и 4 четырёхконтактного устройства соответственно.
Невыполнение неравенств (1)-(8) свидетельствует о нецелостности образованных цепей.
Искомое сопротивление или удельное сопротивление рассчитываются по значениям промежуточных измерений.
Рассчитывается эквивалентное сопротивление R по формуле
R = (R4 + R3 - R2 - Ri) + (R4o6p + R3o6p - R2o6P - Rio6p)· (9)
При этом число уравнений для данной совокупности измерений промежуточных значений сопротивлений меньше числа неизвестных сопротивлений R1K, R2K, R12, R13, R24, R3K, R4K, R34, R1k1, R1k2, R2k1, R2k2, R3k1, R3k2, R2b R3b R42, R4k1, R4k2, R43.
Решение (9):
R = (R4 + R3 - R2 - Ri) + (R406p + R306p - R2o6P - Rio6p)= ([R2k + R2ki + R24+ R4K + R4k2] + [R2K + R2k2 + Rf2+ R4K + R4k1] + [R1K + R1K1 + R13 + R3k +
R3k2] +[R1K + R1k2 + R31 + R3K + R3k1] - [R3K + R3K1 + R34 + R4K + R4K2] [R3K + R3k2 + R43 + R4K + R4k1] - [R1K + R1K1 + R12 + R2K + R2k2] - [R1K + R1K2 + R21 + R2K + R2k1]) = = (R2K + R2k1 + R24 + R4K + R4k2 + R2K + R2k2 + R42+ R4K + R4KI + R1K + R1k1 + R13 + R3K + R3k2 + R1K + Rl^ + R31+ R3K + R3k1 - R3K - R3k1 - R34 R4K - R4k2 - R3K - R3k2 - R43 - R4K - R4KI - R1K - R1K1 R12 R2K R2k2 R1K R1k2 - R21 - R2K - R2K1)·
Таким образом,
R = R24 + R42 + R13 + R3I R34 R43 R12 R21· (10)
С учетом того, что при линейном расположении зондов или последовательном расположении сопротивлений R24 = R23 + R34, R42 = R32 + R43, R13 = R12 + R23, R31 = R21 + R32
R = R23+ R34+ R32+ R43+ R12+ R23+ R21+ R32 - R34 - R43 - R12 -R21,
R = 2 * (R23 + R32), (11) а также с учетом того, что R23 и R32 - это значения искомого сопротивления, полученные при измерении на прямом и обратном токе соответственно, искомое среднее арифметическое значение сопротив
- 2 037462 ления между зондами 2 и 3 Яизм вычисляется по формуле
RH3M = R/4 = 2*(R23 + Яз2)/4 = [(R4+R3R2Rl)+(R4o6p+R3o6p_R2o6pRlo6p)]/4 (12)
При измерении удельного сопротивления между зондами 2 и 3, сопротивление Яизм можно представить в виде
RH3M = р23 Х Ьз / S23? где l23 - расстояние между зондами 2 и 3,
S23 - толщина контролируемого объекта между зондами 2 и 3,
R23 - значение сопротивления между зондами 2 и 3 при прямом токе.
Исходя из того, что расстояние между зондами 2 и 3 при измерении значений сопротивления при прямом и обратном токе неизменно (l23 = l32), при расчете учитывается только это расстояние, а значения расстояний между другими зондами непринципиальны (не участвуют в определении значения удельного сопротивления), толщина контролируемого объекта S между зондами 2 и 3 неизменна (S23 = S32), при расчете учитывается только это значение толщины, а значение толщины объекта на других его участках (в т.ч. между другими зондами) непринципиальны (не участвуют в определении значения удельного сопротивления), искомое среднее арифметическое значение удельного сопротивления полупроводника рср между зондами 2 и 3, исключающее направление заряда в полупроводнике, определяется по формуле
Таким образом, использование представленного способа позволяет с высокой точностью и повышенной надежностью контролировать значения сопротивления и удельного сопротивления полупроводников.
Кроме того, данный способ позволяет контролировать целостность всех образуемых электрических цепей и исключать из результата измерений значения переходных и контактных сопротивлений, сопротивлений линий связи и ключей мультиплексора в образуемых электрических цепях.
Claims (1)
- ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯСпособ автоматизированного измерения удельных сопротивлений с помощью четырёхконтактного устройства и измерения удельного сопротивления полупроводника с помощью четырёх линейно расположенных зондов, отличающийся тем, что зонды располагают на произвольном расстоянии друг от друга, при помощи ключей двухпроводного мультиплексора проводят восемь коммутаций между зондами или контактами 1 и 2, 3 и 4, 1 и 3, 2 и 4 при прямом и обратном токе и измеряют восемь промежуточных значений сопротивления R1, R1обр, R2, R2обр, R3, R3обр, R4, R4обр соответственно; вычисляют значение сопротивленияRh3m = [(R4 + R3 - R2 - Ri) + (R4o6p + R306P - R206P - Rio6P)]/4;вычисляют значение удельного сопротивления полупроводникаРср = ^изм X S23 / 123?где S23 - толщина контролируемого объекта между зондами 2 и 3, l23 - расстояние между зондами 2 и 3.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018140517A RU2699917C1 (ru) | 2018-11-16 | 2018-11-16 | Способ автоматизированного измерения сопротивления при применении четырёхконтактных устройств |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EA201892470A1 EA201892470A1 (ru) | 2020-05-29 |
EA037462B1 true EA037462B1 (ru) | 2021-03-30 |
Family
ID=67989748
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EA201892470A EA037462B1 (ru) | 2018-11-16 | 2018-11-28 | Способ автоматизированного измерения сопротивления при применении четырёхконтактных устройств и удельного сопротивления полупроводников с применением четырёх зондов |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
EA (1) | EA037462B1 (ru) |
RU (1) | RU2699917C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1758586A1 (ru) * | 1990-01-22 | 1992-08-30 | Тамбовский институт химического машиностроения | Способ определени удельного электросопротивлени твердых материалов и устройство дл его осуществлени |
US5691648A (en) * | 1992-11-10 | 1997-11-25 | Cheng; David | Method and apparatus for measuring sheet resistance and thickness of thin films and substrates |
WO2002090928A2 (en) * | 2001-05-03 | 2002-11-14 | G.T. Equipment Technologies, Inc. | Apparatus for automatically measuring the resistivity of semiconductor boules using the method of four probes |
CN101241153A (zh) * | 2008-03-07 | 2008-08-13 | 华中科技大学 | 薄膜电阻率自动测量仪 |
RU2655470C1 (ru) * | 2017-05-26 | 2018-05-28 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Способ автоматизированного измерения сопротивлений |
-
2018
- 2018-11-16 RU RU2018140517A patent/RU2699917C1/ru active
- 2018-11-28 EA EA201892470A patent/EA037462B1/ru unknown
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1758586A1 (ru) * | 1990-01-22 | 1992-08-30 | Тамбовский институт химического машиностроения | Способ определени удельного электросопротивлени твердых материалов и устройство дл его осуществлени |
US5691648A (en) * | 1992-11-10 | 1997-11-25 | Cheng; David | Method and apparatus for measuring sheet resistance and thickness of thin films and substrates |
WO2002090928A2 (en) * | 2001-05-03 | 2002-11-14 | G.T. Equipment Technologies, Inc. | Apparatus for automatically measuring the resistivity of semiconductor boules using the method of four probes |
CN101241153A (zh) * | 2008-03-07 | 2008-08-13 | 华中科技大学 | 薄膜电阻率自动测量仪 |
RU2655470C1 (ru) * | 2017-05-26 | 2018-05-28 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Способ автоматизированного измерения сопротивлений |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EA201892470A1 (ru) | 2020-05-29 |
RU2699917C1 (ru) | 2019-09-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9331662B2 (en) | Adaptive voltage divider with corrected frequency characteristic for measuring high voltages | |
CA2898377C (en) | Sensor interface circuits | |
CN107636476B (zh) | 支持执行并行测量的多引脚探针 | |
CN104950182A (zh) | 电阻测定装置、基板检查装置、检查方法以及维护方法 | |
CN112305480A (zh) | 校准阻抗测量设备 | |
CA2010240C (en) | Circuit for measuring the resistance of test-pieces | |
CN101308170A (zh) | 有源电流测试技术 | |
CN110794290B (zh) | 基板检测装置及基板检测方法 | |
JP2017150838A (ja) | 蓄電装置の測定方法および測定装置 | |
EA037462B1 (ru) | Способ автоматизированного измерения сопротивления при применении четырёхконтактных устройств и удельного сопротивления полупроводников с применением четырёх зондов | |
US3783375A (en) | Means for calibrating a four-probe resistivity measuring device | |
KR102114103B1 (ko) | 산화물 반도체 박막 검사장치 및 산화물 반도체 박막 검사방법 | |
CN102662098B (zh) | 用比率叠加方式测量高电压、高电阻的方法 | |
RU2739518C1 (ru) | Способ измерения падения напряжения с помощью четырёхконтактных устройств с исключением падения напряжения на контактных сопротивлениях | |
JP2019024044A (ja) | 熱電物性測定装置及び熱電物性測定方法 | |
CN104268376B (zh) | 一种3/2接线方式开关站开关电阻在线评估方法 | |
BR112020023705B1 (pt) | Detecção de defeitos do ânodo por um método não destrutivo de célula de redução de alumínio | |
Min | A new method for measuring contact resistance | |
KR100896534B1 (ko) | 직접 측정방법으로 얻은 다수의 변수를 비교하여 얻은비율값으로부터 각각의 변수값을 구하는 방법 | |
Solve et al. | The leakage resistance to ground of a NIST Programmable Josephson Voltage Standard | |
Fu et al. | The thermal EMF measurement methods for multichannel scanners | |
Mikhal et al. | Simple methods to measure the additive error and integral nonlinearity of precision thermometric bridges | |
RU2312365C2 (ru) | Способ измерения переходного сопротивления контакта к тонкопленочным резисторам с электродами | |
Golijanek-Jędrzejczyk | Uncertainty estimation of loop impedance measurement determined by the vector method | |
Utsaha et al. | Scaling Error Verification of DCC Bridges 6010C and 6020Q |