JP3809013B2 - 電気的測定用の試料保持台 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，試料の電気抵抗の測定や試料中に存在するキャリア数（キャリア濃度）の測定，あるいは試料中でキャリアが動く速度（ホール移動度）の測定（ホール効果を利用した測定）などの電気的測定において，試料を所定の位置に保持しつつ，試料と測定装置とを電気的に接続させる機能をもった試料保持台に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば磁電変換材料などの半導体材料に垂直な磁界を加えた状態で電流を流すと，キャリア（電子あるいは正孔）はローレンツ力を受けて横方向に曲げられ，側面に分極が生じてホール電圧が発生する。そこで，このホール電圧を測定することにより，例えば半導体材料のホール係数を測定することが行われている。
【０００３】
従来，Ｖａｎ ｄｅｒ Ｐａｕｗ法測定用の試料をホール測定する場合，先ず，図２に示すように，プリント基板５０上に試料ａを載置し，試料ａの四隅に付けられた例えばインジウムからなる微小な電極５１と，プリント基板５０表面の銅電極５２とを，φ０．２ｍｍ程度の細いワイヤ５３で接続して，プリント基板５０上に試料ａを保持している。そして，試料ａに対して垂直に磁場が印加できるように配置されたフラットコネクタにプリント基板５０を接続し，ホール測定を行っている。このような手法は，高橋徹夫，寺崎隆一，近藤康司，林豊による「電子技術総合研究所彙報，第４９巻，第１１号，８２（１９８５）」に記載されている。
【０００４】
また，Ｖａｎ ｄｅｒ Ｐａｕｗ法測定用の試料をホール測定する他の従来の手法では，図３に示すように，ガラス板６０上に試料ａを載置し，試料ａの四隅に例えばインジウムからなる微小な電極６１を付け，この電極６１に対して，ガラス板６０表面にはんだこてなどで例えばインジウムなどからなる電極材料を溶かして形成したリード電極６２を接続して，ガラス板６０上に試料ａを保持している。そして，ガラス板６０に保持された試料ａに対して垂直に磁場が印加できるようにセッティングし，各リード電極６２に接続した外部配線用リード６３を通じて所定の電流を流しつつ電圧を測定することにより，ホール測定を行っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし，先ず図２で説明した従来技術は，試料にワイヤを接続するのにワイヤボンディングが必要であるが，ワイヤボンディング装置がない場合には人手で接続しなければならない。また，図２で説明した従来技術によって１Ｅ１０Ω以上などの高抵抗の試料を測定する場合，リーク電流を防止するために絶縁性の高いプリント基板やコネクタが必要となる。
【０００６】
一方，図３で説明した従来技術は，試料の四隅に付けられた微小な電極を覆い被せるように溶着を行って電極を形成する必要があり，人手で接続しなければならない。そのため，先ず，試料に電極を接続して保持する作業には，職人的技術を持った熟練者が必要となり，作業の標準化が難しい。このため，図３で説明した従来技術は，多数の試料を短時間で測定処理できず，試料保持台の管理が繁雑となっている。
【０００７】
本発明者らは，上述の問題点に対処すべく検討したところ，以下の点が原因であろうとの結論を得ることができた。
（１） ワイヤボンディング装置がない場合あるいは使用できない場合には，リード線の接続や試料の保持に人手が必要である。またワイヤの線径が０．５ｍｍ以上では通常の作業員でも可能であるが，線径が０．３ｍｍ以下となると柔らかく切れやすくなるため，接続作業に時間や手間がかかる。また，接続が不十分であると，断線の危険も発生する。さらに，接続が不十分であると，そこから外部ノイズが入りやすく測定データの変動の原因となる。このため接続作業には，熟練者の職人的な技に頼らなければならない。このため作業の標準化が難しい。
（２） （１）の理由により，リード線の接続や試料の保持には，熟練者による長時間の作業を要するため，製造の検査工程などでの数多くの試料をホール測定しなければならない検査については対応が難しい。例えば一例ではホール測定では検査数が平均２０サンプル／１日となるが，このさいホール検査時間はサンプル製作時間を含め１０時間となり，作業員１人では対応できず実用的とならない。
（３） 汎用性を持たせたホール測定装置にするためには，試料のサイズ（サイズは具体的には３×３ｍｍ〜１５×１５ｍｍ），形状（形状は具体的には長方形，台形，菱形など）や物性（物性は具体的には単結晶，多結晶）に対応できる試料保持台（例えば上述の例ではプリント基板５０やガラス基板６０，あるいはセラミック製基板など）を用意しなければならない。このため，試料保持台の管理が繁雑となる。
【０００８】
従って本発明の目的は，試料への電気的接続や試料の保持が容易であり，多数の試料を短時間に測定処理でき，接続や保持の作業の標準化が容易に可能となり，しかも，試料のサイズや形状によらず，汎用性のある電気的測定用の試料保持台を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために，本発明は，電気的測定用の試料を載置させる保持台本体と，該保持台本体に載置された試料に電気的に接続される針とを備えた試料保持台であって，前記保持台本体に載置された試料の表面に前記針を圧接することにより，針の弾性力で試料を保持台本体に保持すると共に，試料に対して針が電気的に接続されるように構成されていることを特徴とする。
【００１０】
この電気的測定用の試料保持台にあっては，保持台本体に電気的測定用の試料を載置させ，試料の表面に前記針を圧接することにより，針の弾性力で試料を保持台本体に保持すると共に，試料に対して針を電気的に接続させることができる。このため，針を試料へ容易に電気的に接続でき，試料の保持も容易である。そして，多数の試料を短時間に測定処理でき，接続や保持の作業の標準化が可能となる。
【００１１】
この電気的測定用の試料保持台において，前記電気的測定は，例えば試料のホール係数の測定である。また，前記試料は，例えば磁電変換材料などの半導体材料である。
【００１２】
そして，前記針は，例えば試料に対して電流を供給するための一対の電流用針と，試料に発生した電圧を測定するための一対の電圧用針とを備えている。また，前記針は，前記保持台本体の上面において金属板によって押さえられている。この場合，前記針が，前記金属板によって押さえられた部分を支点として回転できるように構成され，かつ，前記針が，前記試料の表面に対して進退できるように構成されている。更に，前記針は，例えばリン青銅からなる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下，本発明の好ましい実施の形態を図面を用いて説明する。図１（ａ）は，本発明の実施の形態にかかる試料保持台１の平面図であり，図１（ｂ）は，図１（ａ）におけるＡ−Ａ断面矢視図である。この試料保持台１は，例えばホール係数測定などといった電気的測定を行うための試料ａを載置させる保持台本体１０と，この保持台本体１０に載置された試料ａに電気的に接続される４本の針２０，２１，２２，２３を備えている。試料ａは，例えば磁電変換材料などといった半導体材料である。試料保持台１は，例えばテフロンやセラミックなどの絶縁材からなる。
【００１４】
試料保持台１の中央には，断面形状が凹型となるように加工された凹部１１が形成されており，試料ａは，この凹部１１のほぼ中央に載置される。図示の例では，凹部１１は平面視で正方形の形状となっているが，この凹部１１の形状は，例えば円形や楕円形などでも良い。また，凹部１１の断面形状は，長方形が望ましいが台形や角の部分に丸みのある形状であっても良い。
【００１５】
針２０，２１，２２，２３は，この例では，試料ａに対して電流を供給するための一対の電流用の針２０，２２と，試料ａに発生した電圧を測定するための一対の電圧用の針２１，２３からなる。各針２０，２１，２２，２３は，図示の例ではリン青銅の金属ばね材で構成されるが，導電性および弾性があり，所望の形状に加工できる他の金属などであっても良い。
【００１６】
針２０，２２と針２１，２３は，互いに直交するようにして，試料ａの対角線上の位置に対向して配置されている。これら針２０，２１，２２，２３は，いずれも「く」の字形状に下方に折り曲げられており，各針２０，２１，２２，２３の先端部２０’，２１’，２２’，２３’が試料保持台１の凹部１１内に進入した格好になっている。また，各針２０，２１，２２，２３の先端部２０’，２１’，２２’，２３’は上方に折り返されており，これにより，各針２０，２１，２２，２３の先端よりも少し手前の箇所において試料ａの四隅を上から押さえる構成になっている。
【００１７】
各針２０，２１，２２，２３は，いずれも試料保持台１の上面において，ネジ２５，２６，２７，２８で取り付けられた金属板３０，３１，３２，３３によって押さえられている。各金属板３０，３１，３２，３３は，例えばニッケルクロムメッキした金属板などであるが，加工可能なその他の金属板などでも良い。なお，各ネジ２５，２６，２７，２８は，各針２０，２１，２２，２３が半固定，即ち金属板３０，３１，３２，３３によって押さえた部分を支点として各針２０，２１，２２，２３が回転でき，また各針２０，２１，２２，２３の先端部２０’，２１’，２２’，２３’の位置を試料ａの表面に対して進退させることができるように締め付けを調整する。更に，各ネジ２５，２６，２７，２８は，例えばＭ２．５プラスネジなどの，締め付けや緩める作業がやり易いようなものを選べばよい。また，各ネジ２５，２６，２７，２８にリード線３５，３６，３７，３８を接続することにより，図示しない測定装置に，各針２０，２１，２２，２３が金属板３０，３１，３２，３３を介して電気的に接続されるようになっている。
【００１８】
さて，この実施の形態にかかる試料保持台１において，試料保持台１の上面に形成された凹部１１のほぼ中央に，試料ａを載置する。そして，試料ａ表面の四隅に各針２０，２１，２２，２３をあてがう。この場合，半固定化された各針２０，２１，２２，２３を適宜回転及び進退移動させることにより，各針２０，２１，２２，２３の先端部２０’，２１’，２２’，２３’が試料ａの表面四隅に丁度あてがわれるように調整する。
【００１９】
そして，各針２０，２１，２２，２３の先端部２０’，２１’，２２’，２３’を試料ａの表面四隅に丁度あてがった状態にする。これにより，各針２０，２１，２２，２３の弾性力を利用して圧接し，試料保持台１の凹部１１に載置された試料ａを保持すると共に，試料ａに対して各針２０，２１，２２，２３を電気的に接続し，試料ａを図示しない測定装置に対して各リード線３５，３６，３７，３８で接続する。これにより，試料ａについて所望の電気的測定が可能となる。
【００２０】
このように，実施の形態の試料保持台１によれば，各針２０，２１，２２，２３を試料ａへ容易に電気的に接続でき，また，試料保持台１の凹部１１に載置された試料ａの保持も容易である。このため，多数の試料ａを短時間に測定処理でき，接続や保持の作業の標準化が可能になる。また，各針２０，２１，２２，２３を適宜回転及び進退移動させて位置を調整でき，各針２０，２１，２２，２３の弾性を利用して試料ａを上から抑えるので，試料ａの形状や厚みに適合させることができ，最適な状態で試料ａを保持することが可能である。なお，先に説明したように，各針２０，２１，２２，２３の先端部２０’，２１’，２２’，２３’を上方に折り返して，各針２０，２１，２２，２３の先端よりも少し手前の箇所において試料ａの表面を押さえることにより，試料ａ表面に鋭利な針先端が接触することなく，試料ａを傷つけることを防ぐことができ，また，試料ａの電極部との接触面積も大きくできて電気的接合及び保持がより優れるようになる。
【００２１】
なお，各針２０，２１，２２，２３は，例のように「く」の字形状に折り曲げても良いが，金属板３０，３１，３２，３３を取り付ける試料保持台１の上面に勾配を持たせて各針２０，２１，２２，２３が斜めになるように固定しても良い。
【００２２】
【実施例】
図１で説明した試料保持台を実際に作成し，凹部に試料を置き，ピンセットにて針をつまんで，試料の電極に接続し，試料を凹部内に保持させた。接続及び保持が完了するまでの作業時間は，わずか５秒程度であった。尚，各針の先端部を少し上方に折り曲げて面接触させた。
【００２３】
一方，比較例では，ガラス板上に試料を置き，接続及び保持した。作業が完了するまでの時間は，作業に慣れた者で約３分，不慣れな者で約１５分を要した。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば，任意のサイズや形状の試料に対して，簡単に短時間で電気的な接続及び保持を行うことができ，しかも，試料保持台１台で各種のサイズや形状の試料に対応できるようになる。また，試料の接続や保持作業の標準化も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は，本発明の実施の形態にかかる試料保持台の平面図であり，図１（ｂ）は，図１（ａ）におけるＡ−Ａ断面矢視図である。
【図２】従来技術の説明図である。
【図３】他の従来技術の説明図である。
【符号の説明】
ａ 試料
１ 試料保持台
１０ 保持台本体
１１ 凹部
２０，２１，２２，２３ 針
２５，２６，２７，２８ ネジ
３０，３１，３２，３３ 金属板

Claims (6)

1. 電気的測定用の試料を載置させる保持台本体と，該保持台本体に載置された試料に電気的に接続される針とを備えた試料保持台であって，
   前記保持台本体に載置された試料の表面に前記針を圧接することにより，針の弾性力で試料を載置部に保持すると共に，試料に対して針が電気的に接続されるように構成され，
   前記針は，前記保持台本体の上面において金属板によって押さえられ，前記針が，前記金属板によって押さえられた部分を支点として回転でき，かつ，前記針が，前記試料の表面に対して進退できるように構成されていることを特徴とする，電気的測定用の試料保持台。
2. 前記金属板は，保持台本体の上面にネジで取り付けられていることを特徴とする，請求項１に記載の電気的測定用の試料保持台。
3. 前記電気的測定は，試料のホール係数の測定であることを特徴とする，請求項１または２に記載の電気的測定用の試料保持台。
4. 前記試料が，半導体材料であることを特徴とする，請求項１，２又は３のいずれかに記載の電気的測定用の試料保持台。
5. 前記針は，試料に対して電流を供給するための一対の電流用針と，試料に発生した電圧を測定するための一対の電圧用針とを備えていることを特徴とする，請求項１，２，３又は４のいずれかに記載の電気的測定用の試料保持台。
6. 前記針が，リン青銅からなることを特徴とする，請求項１，２，３，４又は５のいずれかに記載の電気的測定用の試料保持台。

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