JP6161327B2 - Four-terminal resistance measuring device and four-terminal measuring probe - Google Patents

Four-terminal resistance measuring device and four-terminal measuring probe Download PDF

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本発明は、真空チャンバーの真空状態を維持しつつ試料の抵抗値を測定する四端子抵抗測定装置およびそれに使用される四端子測定用プローブに関する。   The present invention relates to a four-terminal resistance measurement device that measures a resistance value of a sample while maintaining a vacuum state of a vacuum chamber, and a four-terminal measurement probe used therefor.

高電位側電流供給端子および低電位側電流供給端子を介して測定試料に直流の測定電流を供給する電流源と、高電位側電圧検出端子および低電位側電圧検出端子を介して測定試料の両端間電圧を測定する測定部と、高電位側電流供給端子および高電位側電圧検出端子を含む高電位側電流路に断線検出用の高電位側交流電流を供給しつつ両端子間に発生する第1端子間電圧に基づいて測定試料に対する両端子の接続状態を検出する高電位側断線検出部と、低電位側電流供給端子および低電位側電圧検出端子を含む低電位側電流路に断線検出用の低電位側交流電流を供給しつつ両端子間に発生する第2端子間電圧に基づいて被測定抵抗体に対する両端子の接続状態を検出する低電位側断線検出部と、互いに逆極性の向きで並列接続した2つのダイオードで構成され、電流源と高電位側電流供給端子との間および電流源と低電位側電流供給端子との間に配設されたダイオード回路とを備え、高電位側断線検出部が、高電位側交流電流を出力するとともに出力交流電圧の最大振幅がダイオードのターンオン電圧未満に規定された高電位側交流電源を有し、低電位側断線検出部が、低電位側交流電流を出力するとともに出力交流電圧の最大振幅がダイオードのターンオン電圧未満に規定された低電位側交流電源を有し、高電位側断線検出部および低電位側断線検出部の検出結果に基づいて、測定試料に対する高電位側電流供給端子および高電位側電圧検出端子の接続状態と測定試料に対する低電位側電流供給端子および低電位側電圧検出端子の接続状態を判別し、測定電流および測定部で測定された両端間電圧に基づいて測定試料の抵抗値を算出する四端子抵抗測定装置が開示されている(特許文献1参照)。また、そのような四端子抵抗測定装置に使用する四端子測定用プローブが開示されている(特許文献2参照)。   A current source for supplying a DC measurement current to the measurement sample via the high potential side current supply terminal and the low potential side current supply terminal, and both ends of the measurement sample via the high potential side voltage detection terminal and the low potential side voltage detection terminal A voltage measuring unit that measures the voltage between the two terminals while supplying a high-potential-side AC current for disconnection detection to a high-potential-side current path that includes a high-potential-side current supply terminal and a high-potential-side voltage detection terminal. For detecting disconnection in a low-potential-side current path including a high-potential-side disconnection detector that detects the connection state of both terminals to the measurement sample based on the voltage between one terminal, and a low-potential-side current supply terminal and low-potential-side voltage detection terminal A low-potential-side disconnection detector that detects the connection state of both terminals to the resistor under test based on the voltage between the two terminals generated between the two terminals while supplying the low-potential side alternating current, Two dies connected in parallel at A diode circuit disposed between the current source and the high potential side current supply terminal and between the current source and the low potential side current supply terminal, and the high potential side disconnection detection unit includes: It has a high potential side AC power supply that outputs a high potential side alternating current and the maximum amplitude of the output alternating voltage is less than the turn-on voltage of the diode, and the low potential side disconnection detector outputs a low potential side alternating current. In addition, a low-potential side AC power supply whose maximum output AC voltage amplitude is less than the turn-on voltage of the diode is used. Determine the connection state of the potential-side current supply terminal and high-potential-side voltage detection terminal and the connection state of the low-potential-side current supply terminal and low-potential-side voltage detection terminal to the measurement sample, and measure with the measurement current and measurement section The Based on the voltage across calculates the resistance value of the measurement sample four-terminal resistance measuring device is disclosed (see Patent Document 1). Moreover, the probe for four terminal measurement used for such a four terminal resistance measuring apparatus is disclosed (refer patent document 2).

特開2011−85462号公報JP 2011-85462 A 特開2008−45969号公報JP 2008-45969 A

測定試料の温度変化に対応するその試料の抵抗値の変化を四端子測定用プローブを利用して四端針法によって測定する場合、または、測定試料の物性を安定させた状態で試料の抵抗値を四端子測定用プローブを利用して四端針法によって測定する場合、試料の温度を高温と低温との間で変化させる必要がある。測定試料の温度を変えるには、冷凍機を利用して試料を据え付けるステージを冷却しつつ、ヒーターを利用してステージの温度を所定のそれに調節する。ステージの温度を略一定のそれに調節することで、ステージに据え付けられた測定試料の温度をステージのそれと略同一にすることができる。しかし、測定試料を冷却した状態でその抵抗値を測定する場合、試料に当接する四端子測定用プローブの探針の温度が常温であるため、プローブの探針によって試料の温度が上昇し、設定温度一定を保持した状態で試料の抵抗値を測定することができず、測定した抵抗値の信頼性が低下する。特に、測定試料の温度が10〜6ケルビンの極低温に冷却されている場合、常温(たとえば、273.15〜293.15ケルビン)の探針が試料に触れることで試料の温度が上昇し、試料の温度が大きく変化してしまい、試料を極低温に保持することができず、試料の極低温における正確な抵抗値を測定することができない。   When measuring the change in resistance of the sample corresponding to the temperature change of the sample by the four-terminal probe method using a four-terminal probe, or in the state where the physical properties of the sample are stabilized Is measured by a four-terminal needle method using a four-terminal measurement probe, it is necessary to change the temperature of the sample between a high temperature and a low temperature. In order to change the temperature of the measurement sample, the stage on which the sample is mounted is cooled using a refrigerator, and the temperature of the stage is adjusted to a predetermined value using a heater. By adjusting the temperature of the stage to a substantially constant value, the temperature of the measurement sample installed on the stage can be made substantially the same as that of the stage. However, when measuring the resistance value with the measurement sample cooled, the probe temperature of the probe for four-terminal measurement that contacts the sample is normal temperature, so the temperature of the sample rises and is set by the probe probe. The resistance value of the sample cannot be measured while maintaining a constant temperature, and the reliability of the measured resistance value is reduced. In particular, when the temperature of the measurement sample is cooled to an extremely low temperature of 10 to 6 Kelvin, the temperature of the sample increases when a probe at room temperature (for example, 273.15 to 293.15 Kelvin) touches the sample, The temperature of the sample is greatly changed, the sample cannot be kept at a very low temperature, and an accurate resistance value at a very low temperature of the sample cannot be measured.

本発明の目的は、探針が測定試料に当接したとしても、試料の温度上昇を防ぐことができ、信頼性の高い抵抗値を測定することができる四端子抵抗測定装置およびそれに使用される四端子測定用プローブを提供することにある。本発明の目的は、探針が測定試料に当接したとしても、試料の温度を極低温に保持することができ、試料の極低温における正確な抵抗値を測定することができる四端子抵抗測定装置およびそれに使用される四端子測定用プローブを提供することにある。   An object of the present invention is to provide a four-terminal resistance measuring device capable of preventing a temperature rise of a sample and measuring a highly reliable resistance value even when the probe comes into contact with the measurement sample, and to be used for the same. The object is to provide a four-terminal measurement probe. The object of the present invention is to provide a four-terminal resistance measurement that can maintain the temperature of the sample at a very low temperature even when the probe comes into contact with the measurement sample and can accurately measure the resistance of the sample at a very low temperature. The object is to provide a device and a four-terminal measurement probe used therein.

前記課題を解決するための本発明の第1の前提は、測定試料を着脱可能な測定ステージが設置された真空チャンバーと、真空チャンバーに連結された真空排気装置および冷凍装置と、真空チャンバーに設置された四端子測定用プローブとを有し、冷凍装置が、所定の冷媒を一方向へ向かって流出させる往管と、往管の延出端部に設置されて冷媒によって所定温度に冷却され、その冷熱を測定ステージに伝える第1冷却ステージと、第1冷却ステージにつながって冷媒を冷凍装置に流入させる還管と、還管に設置されて冷媒によって所定温度に冷却され、その冷熱を測定ステージに伝える第2冷却ステージとを備え、真空チャンバーの真空状態を維持しつつ試料の抵抗値を測定する四端子抵抗測定装置である。   The first premise of the present invention for solving the above problems is that a vacuum chamber in which a measurement stage to which a measurement sample can be attached and detached is installed, a vacuum exhaust device and a freezing device connected to the vacuum chamber, and a vacuum chamber. The four-terminal measurement probe, and the refrigeration apparatus is installed at the extended end of the outgoing pipe and flows out the predetermined refrigerant in one direction, and is cooled to a predetermined temperature by the refrigerant. A first cooling stage for transmitting the cold heat to the measurement stage, a return pipe connected to the first cooling stage and allowing the refrigerant to flow into the refrigeration apparatus, and a cooling pipe installed in the return pipe to be cooled to a predetermined temperature by the refrigerant. And a second cooling stage for transmitting to the four-terminal resistance measuring device for measuring the resistance value of the sample while maintaining the vacuum state of the vacuum chamber.

前記第1の前提における本発明の四端子抵抗測定装置の特徴は、四端子抵抗測定装置が、測定ステージと第2冷却ステージとにつながって測定ステージを取り囲み、第2冷却ステージの冷熱を測定ステージに伝えるシールドカバーを含み、第2冷却ステージの冷熱を四端子測定用プローブに伝える熱伝達フレキシブルワイヤーの先端部が、各四端子測定用プローブに絶縁下に接続され、熱伝達フレキシブルワイヤーの基端部が、シールドカバーに接続されていることにある。   The four-terminal resistance measurement device of the present invention according to the first premise is characterized in that the four-terminal resistance measurement device is connected to the measurement stage and the second cooling stage to surround the measurement stage, and the cooling heat of the second cooling stage is measured. A heat transfer flexible wire that includes a shield cover that transmits heat to the four-terminal measurement probe is connected to each four-terminal measurement probe under insulation, and the proximal end of the heat transfer flexible wire The portion is connected to the shield cover.

本発明の四端子抵抗測定装置の一例としては、測定ステージが、真空チャンバーの内部に位置して試料を設置する試料設置プレートと、冷凍装置の側に位置して第1冷却ステージに当接する当接プレートと、試料設置プレートと当接プレートとの間に延びる中間プレートとから形成され、シールドカバーが、試料設置プレートの周縁部を取り囲む前端部と、当接プレートを取り囲む後端部と、中間プレートを取り囲む中間部とを有し、熱伝達フレキシブルワイヤーの基端部がシールドカバーの前端部に接続されている。   As an example of the four-terminal resistance measurement device of the present invention, a measurement stage is located inside a vacuum chamber and a sample placement plate for placing a sample; A contact plate and an intermediate plate extending between the sample setting plate and the contact plate, and the shield cover has a front end portion that surrounds the periphery of the sample setting plate, a rear end portion that surrounds the contact plate, and an intermediate plate An intermediate portion surrounding the plate, and a proximal end portion of the heat transfer flexible wire is connected to a front end portion of the shield cover.

本発明の四端子抵抗測定装置の他の一例としては、四端子測定用プローブが、試料に当接する探針と、探針の後端に連結されたプローブガイドと、プローブガイドの後端部に連結された板バネと、板バネの後端部に連結されたシャフトとから形成され、熱伝達フレキシブルワイヤーが、その先端部に取り付けられた圧着端子によってプローブガイドに接続され、第2冷却ステージの冷熱をプローブガイドに伝えることで、探針を所定温度に低下させる。   As another example of the four-terminal resistance measurement apparatus of the present invention, a four-terminal measurement probe includes a probe that contacts the sample, a probe guide connected to the rear end of the probe, and a rear end of the probe guide. The heat transfer flexible wire is connected to the probe guide by a crimping terminal attached to the tip end of the second cooling stage. The heat transfer flexible wire is formed from a connected leaf spring and a shaft connected to the rear end of the leaf spring. By transmitting cold heat to the probe guide, the probe is lowered to a predetermined temperature.

本発明の四端子抵抗測定装置の他の一例としては、プローブガイドが、導電性金属から作られた六面体であり、その一面に当接する熱伝達絶縁プレートと、熱伝達絶縁プレートの一面に重なる絶縁スペーサーとを備え、プローブガイドでは、熱伝達フレキシブルワイヤーの先端部に取り付けられた圧着端子の一面が熱伝達絶縁プレートの一面に密着しつつ、圧着端子に形成された挿通孔の内周面が絶縁スペーサーの外周面に当接し、圧着端子がプローブガイドに対して絶縁された状態で、圧着端子と熱伝達絶縁プレートと絶縁スペーサーとが互いに圧着固定されている。   As another example of the four-terminal resistance measuring device of the present invention, the probe guide is a hexahedron made of a conductive metal, and a heat transfer insulating plate abutting on one surface of the probe guide and an insulating layer overlapping one surface of the heat transfer insulating plate In the probe guide, one surface of the crimp terminal attached to the tip of the heat transfer flexible wire is in close contact with one surface of the heat transfer insulation plate, while the inner peripheral surface of the insertion hole formed in the crimp terminal is insulated. The crimp terminal, the heat transfer insulating plate, and the insulating spacer are crimped and fixed to each other with the crimp terminal in contact with the outer peripheral surface of the spacer and insulated from the probe guide.

本発明の四端子抵抗測定装置の他の一例としては、熱伝達絶縁プレートが、面研磨されたサファイヤから作られ、絶縁スペーサーが、窒化アルミから作られている。   As another example of the four-terminal resistance measuring device of the present invention, the heat transfer insulating plate is made of surface-polished sapphire, and the insulating spacer is made of aluminum nitride.

本発明の四端子抵抗測定装置の他の一例としては、四端子抵抗測定装置が、試料設置プレートを加熱する加熱装置を含み、熱伝達フレキシブルワイヤーが、試料設置プレートから伝わった熱によってその温度が上昇したシールドカバーの前端部の温熱をプローブガイドに伝えることで、探針を所定温度に上昇させる。   As another example of the four-terminal resistance measuring device of the present invention, the four-terminal resistance measuring device includes a heating device that heats the sample setting plate, and the temperature of the heat transfer flexible wire is increased by the heat transmitted from the sample setting plate. The probe is raised to a predetermined temperature by transmitting the heated heat at the front end of the shield cover to the probe guide.

本発明の四端子抵抗測定装置の他の一例としては、四端子抵抗測定装置が、冷凍装置と加熱装置とを利用することで、試料設置プレートの温度と探針の温度とをマイナス側に273.15〜6ケルビンの範囲で変更可能であり、試料設置プレートの温度をプラス側に273.15〜473.15ケルビンの範囲で変更可能である。   As another example of the four-terminal resistance measuring device of the present invention, the four-terminal resistance measuring device uses a refrigeration device and a heating device, so that the temperature of the sample setting plate and the temperature of the probe are set to 273 on the negative side. The temperature can be changed in the range of .15 to 6 Kelvin, and the temperature of the sample mounting plate can be changed in the range of 273.15 to 473.15 Kelvin on the plus side.

本発明の四端子抵抗測定装置の他の一例としては、熱伝達フレキシブルワイヤーが、弾性変形可能な銅撚り線から作られ、熱伝達フレキシブルワイヤーの直径が、1〜1.5mmの範囲にあり、熱伝達フレキシブルワイヤーの長さが、5〜10cmの範囲にある。   As another example of the four-terminal resistance measuring device of the present invention, the heat transfer flexible wire is made of an elastically deformable copper stranded wire, and the diameter of the heat transfer flexible wire is in the range of 1 to 1.5 mm. The length of the heat transfer flexible wire is in the range of 5 to 10 cm.

前記課題を解決するための本発明の第2の前提は、測定試料に当接しつつその試料に電流を流すとともにその試料の電圧を測定する探針を備え、真空チャンバーに設置される四端子測定用プローブである。   The second premise of the present invention for solving the above-mentioned problem is that a four-terminal measurement is provided in a vacuum chamber, which has a probe for passing a current through the sample while contacting the measurement sample and measuring the voltage of the sample. Probe.

前記第2の前提における本発明の四端子測定用プローブの特徴は、四端子測定用プローブが、冷熱または温熱を探針に伝える弾性変形可能な熱伝達フレキシブルワイヤーと、探針の後端に連結されたプローブガイドと、プローブガイドの後端部に連結された板バネと、板バネの後端部に連結されたシャフトとを有し、熱伝達フレキシブルワイヤーの先端部が、その先端部に取り付けられた圧着端子によってプローブガイドに絶縁下に取り付けられ、熱伝達フレキシブルワイヤーの基端部が、真空チャンバーに連結された冷凍装置および加熱装置によって冷却または加熱された熱伝達媒体に取り付けられ、熱伝達媒体の冷熱をプローブガイドに伝えることで、探針を所定温度に低下させ、熱伝達媒体の温熱をプローブガイドに伝えることで、探針を所定温度に上昇させることにある。   The four-terminal measurement probe according to the second premise of the present invention is characterized in that the four-terminal measurement probe is connected to an elastically deformable heat transfer flexible wire that transfers cold or heat to the probe and a rear end of the probe. A probe guide, a leaf spring connected to the rear end of the probe guide, and a shaft connected to the rear end of the plate spring, and the tip of the heat transfer flexible wire is attached to the tip It is attached to the probe guide under insulation by a crimped terminal, and the proximal end of the heat transfer flexible wire is attached to a heat transfer medium cooled or heated by a refrigeration device and a heating device connected to a vacuum chamber, and heat transfer By transmitting the cold energy of the medium to the probe guide, the probe is lowered to a predetermined temperature, and the temperature of the heat transfer medium is transmitted to the probe guide, thereby detecting the probe. Some to raise to a predetermined temperature.

本発明の四端子測定用プローブの一例としては、プローブガイドが、導電性金属から作られた六面体であり、その一面に当接する熱伝達絶縁プレートと、熱伝達絶縁プレートの上面に重なる絶縁スペーサーとを備え、プローブガイドでは、熱伝達フレキシブルワイヤーの先端部に取り付けられた圧着端子の一面が熱伝達絶縁プレートの一面に密着しつつ、圧着端子に形成された挿通孔の内周面が絶縁スペーサーの外周面に当接し、圧着端子がプローブガイドに対して絶縁された状態で、圧着端子と熱伝達絶縁プレートと絶縁スペーサーとが互いに圧着固定されている。   As an example of the four-terminal measurement probe of the present invention, the probe guide is a hexahedron made of a conductive metal, a heat transfer insulating plate that contacts the one surface, an insulating spacer that overlaps the upper surface of the heat transfer insulating plate, In the probe guide, one surface of the crimp terminal attached to the tip of the heat transfer flexible wire is in close contact with one surface of the heat transfer insulating plate, and the inner peripheral surface of the insertion hole formed in the crimp terminal is an insulating spacer. The crimp terminal, the heat transfer insulating plate, and the insulating spacer are crimped and fixed to each other with the crimp terminal in contact with the outer peripheral surface and insulated from the probe guide.

本発明の四端子測定用プローブの他の一例として、四端子測定用プローブでは、熱伝達絶縁プレートが面研磨されたサファイヤから作られ、絶縁スペーサーが窒化アルミから作られている。   As another example of the four-terminal measurement probe of the present invention, in the four-terminal measurement probe, the heat transfer insulating plate is made of surface-polished sapphire, and the insulating spacer is made of aluminum nitride.

本発明の四端子測定用プローブの他の一例として、四端子測定用プローブでは、熱伝達フレキシブルワイヤーが弾性変形可能な銅撚り線から作られ、熱伝達フレキシブルワイヤーの直径が1〜1.5mmの範囲にあり、熱伝達フレキシブルワイヤーの長さが5〜10cmの範囲にある。   As another example of the four-terminal measurement probe of the present invention, in the four-terminal measurement probe, the heat transfer flexible wire is made of an elastically deformable copper stranded wire, and the diameter of the heat transfer flexible wire is 1 to 1.5 mm. The length of the heat transfer flexible wire is in the range of 5 to 10 cm.

本発明にかかる四端子抵抗測定装置によれば、第2冷却ステージの冷熱を四端子測定用プローブに伝える熱伝達フレキシブルワイヤーが各プローブに絶縁下に接続されているから、第2冷却ステージの冷熱がワイヤーからプローブに伝わり、プローブの温度を低下させることができ、測定ステージに据え付けられた測定試料に電流を流すためにプローブが試料に当接したとしても、プローブの熱によって試料の温度が上昇することはなく、試料の温度を所定の低温に保持した状態で、その試料の抵抗値を測定することができ、信頼性の高い抵抗値を測定することができる。測定試料の抵抗測定の一例として、試料の温度を10〜6ケルビンの極低温に低下させ、試料の物性を安定させた状態でその試料の抵抗値を測定する場合があるが、この四端子抵抗測定装置は、四端子測定用プローブの温度を試料のそれと略同一の極低温に低下させることができるから、プローブが試料に当接したとしても、プローブが試料の温度を上昇させることはなく、試料の温度を極低温に保持した状態で抵抗値を測定することができ、極低温における試料の正確な抵抗値を測定することができる。   According to the four-terminal resistance measurement device of the present invention, the heat transfer flexible wires that transmit the cold heat of the second cooling stage to the four-terminal measurement probe are connected to each probe under insulation. Is transmitted from the wire to the probe, the temperature of the probe can be lowered, and even if the probe comes into contact with the sample to pass current through the measurement sample installed on the measurement stage, the temperature of the sample rises due to the heat of the probe The resistance value of the sample can be measured in a state where the temperature of the sample is kept at a predetermined low temperature, and a highly reliable resistance value can be measured. As an example of measuring the resistance of a measurement sample, there is a case where the temperature of the sample is lowered to an extremely low temperature of 10 to 6 Kelvin and the resistance value of the sample is measured in a state where the physical properties of the sample are stabilized. The measuring device can reduce the temperature of the probe for four-terminal measurement to a cryogenic temperature almost the same as that of the sample, so even if the probe contacts the sample, the probe does not increase the temperature of the sample. The resistance value can be measured in a state where the temperature of the sample is kept at a very low temperature, and the accurate resistance value of the sample at a very low temperature can be measured.

四端子抵抗測定装置は、測定ステージと第2冷却ステージとにつながって第2冷却ステージの冷熱を測定ステージに伝えるシールドカバーを含み、熱伝達フレキシブルワイヤーの先端部が四端子測定用プローブに接続され、熱伝達フレキシブルワイヤーの基端部がシールドカバーに接続され、第2冷却ステージの冷熱がシールドカバーを介して測定ステージに伝わるとともに、第2冷却ステージの冷熱がシールドカバーを介してフレキシブルワイヤーに伝わり、シールドカバーによって測定ステージの温度を低下させることができる他、ワイヤーによってプローブの温度を低下させることができるから、測定ステージに据え付けられた測定試料にプローブが当接したとしても、プローブの熱によって試料の温度が上昇することはなく、試料の温度を所定の低温に保持した状態で、その試料の抵抗値を測定することができ、信頼性の高い抵抗値を測定することができる。四端子抵抗測定装置は、フレキシブルワイヤーから伝わる冷熱によって四端子測定用プローブの温度が試料のそれと略同一の極低温に低下するから、プローブが試料に当接したとしても、プローブが試料の温度を上昇させることはなく、試料の温度を極低温に保持することができ、試料の極低温における正確な抵抗値を測定することができる。   The four-terminal resistance measurement device includes a shield cover that is connected to the measurement stage and the second cooling stage to transmit the cold heat of the second cooling stage to the measurement stage, and the tip of the heat transfer flexible wire is connected to the four-terminal measurement probe. The base end of the heat transfer flexible wire is connected to the shield cover, and the heat of the second cooling stage is transmitted to the measurement stage through the shield cover, and the heat of the second cooling stage is transmitted to the flexible wire through the shield cover. Since the temperature of the measurement stage can be lowered by the shield cover, and the temperature of the probe can be lowered by the wire, even if the probe comes into contact with the measurement sample installed on the measurement stage, the heat of the probe The temperature of the sample does not rise, While maintaining the degree to a predetermined low temperature, it is possible to measure the resistance value of the sample can be measured with high reliability resistance. In the four-terminal resistance measurement device, the temperature of the probe for four-terminal measurement decreases to a cryogenic temperature that is almost the same as that of the sample due to the cold heat transmitted from the flexible wire. The temperature of the sample can be kept at a very low temperature without being raised, and an accurate resistance value at a very low temperature of the sample can be measured.

測定ステージが試料を設置する試料設置プレートと第1冷却ステージに連結された当接プレートと中間プレートとから形成され、シールドカバーが試料設置プレートの周縁部を取り囲む前端部と当接プレートを取り囲む後端部と中間プレートを取り囲む中間部とを有し、熱伝達フレキシブルワイヤーの基端部がシールドカバーの前端部に接続されている四端子抵抗測定装置は、試料設置プレートの周縁部を取り囲むシールドカバーの前端部にワイヤーの基端部が接続されているから、ワイヤーの基端部から先端部までの距離(ワイヤーの長さ)が短く、ワイヤーにおける熱損失を最低限にすることができ、第2冷却ステージの冷熱がワイヤーからプローブに確実に伝わり、プローブの温度をシールドカバーのそれと略同一の温度に低下させることができる。四端子抵抗測定装置は、測定ステージに据え付けられた測定試料にプローブが当接したとしても、プローブの熱によって試料の温度が上昇することはなく、試料の温度を所定の低温または極低温に保持した状態で、その試料の抵抗値を測定することができ、低温または極低温における信頼性の高い抵抗値を測定することができる。   After the measurement stage is formed of a sample setting plate for setting the sample, a contact plate connected to the first cooling stage, and an intermediate plate, the shield cover surrounds the front end portion surrounding the peripheral portion of the sample setting plate and the contact plate. A four-terminal resistance measuring device having an end portion and an intermediate portion surrounding the intermediate plate, and the base end portion of the heat transfer flexible wire connected to the front end portion of the shield cover is a shield cover surrounding the peripheral portion of the sample setting plate. Since the base end of the wire is connected to the front end of the wire, the distance from the base end to the tip of the wire (the length of the wire) is short, and heat loss in the wire can be minimized. 2 Cooling heat from the cooling stage is reliably transmitted from the wire to the probe, and the temperature of the probe is lowered to substantially the same temperature as that of the shield cover. Door can be. The four-terminal resistance measurement device maintains the sample temperature at a predetermined or extremely low temperature without causing the sample temperature to rise due to the probe heat even if the probe contacts the measurement sample installed on the measurement stage. In this state, the resistance value of the sample can be measured, and a highly reliable resistance value at a low temperature or an extremely low temperature can be measured.

四端子測定用プローブが試料に当接する探針とプローブガイドおよび板バネとシャフトとから形成され、熱伝達フレキシブルワイヤーがその先端部に取り付けられた圧着端子によってプローブガイドに接続され、第2冷却ステージの冷熱をプローブガイドに伝えることで探針を所定温度に低下させる四端子抵抗測定装置は、第2冷却ステージの冷熱がシールドカバーを介してフレキシブルワイヤーに伝わり、プローブガイドに伝わったワイヤーの冷熱によってプローブガイドとともに探針の温度を低下させることができるから、探針の温度をシールドカバーのそれと略同一の温度に低下させることができる。四端子抵抗測定装置は、測定ステージに据え付けられた測定試料にプローブの探針が当接したとしても、探針の熱によって試料の温度が上昇することはなく、試料の温度を所定の低温または極低温に保持した状態で、その試料の抵抗値を測定することができ、低温または極低温における信頼性の高い抵抗値を測定することができる。   A four-terminal measuring probe is formed of a probe that contacts the sample, a probe guide, a leaf spring, and a shaft, and a heat transfer flexible wire is connected to the probe guide by a crimp terminal attached to the tip of the probe. The four-terminal resistance measurement device that lowers the probe to a predetermined temperature by transmitting the cold heat of the probe to the probe guide transmits the cold heat of the second cooling stage to the flexible wire through the shield cover, and by the cold heat of the wire transmitted to the probe guide Since the temperature of the probe can be lowered together with the probe guide, the temperature of the probe can be lowered to substantially the same temperature as that of the shield cover. Even if the probe tip contacts the measurement sample installed on the measurement stage, the four-terminal resistance measurement device does not increase the temperature of the sample due to the heat of the probe. The resistance value of the sample can be measured in a state kept at a very low temperature, and a highly reliable resistance value at a low temperature or a very low temperature can be measured.

プローブガイドが熱伝達絶縁プレートと絶縁スペーサーとを備え、熱伝達フレキシブルワイヤーの先端部に取り付けられた圧着端子の一面が熱伝達絶縁プレートの一面に密着しつつ、圧着端子に形成された挿通孔の内周面が絶縁スペーサーの外周面に当接し、圧着端子がプローブガイドに対して絶縁された状態で、圧着端子と熱伝達絶縁プレートと絶縁スペーサーとが圧着固定されている四端子抵抗測定装置は、熱伝達絶縁プレートと絶縁スペーサーとの介在下にワイヤーの先端部に取り付けられた圧着端子がプローブガイドに固定されているから、四端子測定用プローブとワイヤーとを確実に絶縁することができる。四端子抵抗測定装置は、ワイヤーがプローブに電気的に接続されることはなく、電流がワイヤーを通じてグラウンドに落ちることはないから、探針から測定試料に確実に電流を流すことができ、試料の所定温度における正確な抵抗値を測定することができる。   The probe guide includes a heat transfer insulating plate and an insulating spacer, and one surface of the crimp terminal attached to the tip of the heat transfer flexible wire is in close contact with one surface of the heat transfer insulating plate, and the insertion hole formed in the crimp terminal is A four-terminal resistance measurement device with a crimp terminal, heat transfer insulation plate, and insulation spacer fixed by crimping with the inner peripheral surface in contact with the outer peripheral surface of the insulation spacer and the crimp terminal insulated from the probe guide. Since the crimp terminal attached to the tip of the wire is interposed between the heat transfer insulating plate and the insulating spacer and fixed to the probe guide, the four-terminal measuring probe and the wire can be reliably insulated. The four-terminal resistance measurement device does not cause the wire to be electrically connected to the probe and the current does not fall to the ground through the wire. An accurate resistance value at a predetermined temperature can be measured.

熱伝達絶縁プレートが面研磨されたサファイヤから作られ、絶縁スペーサーが窒化アルミから作られている四端子抵抗測定装置は、サファイヤの優れた熱伝導性と優れた絶縁性や絶縁スペーサーの優れた絶縁性を利用することで、四端子測定用プローブとワイヤーとを確実に絶縁することができ、サファイヤを介してワイヤーの冷熱や温熱をプローブの探針に確実に伝えることができる。四端子抵抗測定装置は、探針が試料に当接したとしても、測定試料の温度が変化することはなく、試料の低温状態(極低温状態)や高温状態に保持することができ、試料の低温(極低温)または高温における正確な抵抗値を測定することができる。   The four-terminal resistance measuring device, where the heat transfer insulation plate is made of surface-polished sapphire and the insulation spacer is made of aluminum nitride, the sapphire's excellent thermal conductivity and excellent insulation and insulation spacer excellent insulation By utilizing this property, the four-terminal measurement probe and the wire can be reliably insulated, and the cold and hot heat of the wire can be reliably transmitted to the probe probe through the sapphire. Even if the probe contacts the sample, the four-terminal resistance measurement device does not change the temperature of the measurement sample, and can maintain the sample in a low temperature state (very low temperature state) or a high temperature state. An accurate resistance value at low temperature (very low temperature) or high temperature can be measured.

試料設置プレートを加熱する加熱装置を含み、熱伝達フレキシブルワイヤーが試料設置プレートから伝わった熱によってその温度が上昇したシールドカバーの前端部の温熱をプローブガイドに伝えることで、探針を所定温度に上昇させる四端子抵抗測定装置は、冷凍装置および加熱装置を利用することで、測定ステージやプローブの探針の温度を高温と低温(極低温)との間で変化させることができから、それによって測定試料の温度を抵抗測定時における試料の最適なそれにすることができ、試料の温度を最適なそれに保持した状態で、試料の抵抗値を測定することができる。四端子抵抗測定装置は、測定ステージやプローブの探針の温度を変化させることで、各温度毎における試料の抵抗値を測定することができるから、温度変化による試料の抵抗値の変化を測定することができる。四端子抵抗測定装置は、測定ステージの温度が高温と低温(極低温)との間で変化したとしても、探針の温度も測定ステージのそれにあわせて高温と低温(極低温)との間で変化するから、探針が試料に当接した場合の試料の温度変化を防ぐことができ、試料の所定温度における正確な抵抗値を測定することができる。   It includes a heating device that heats the sample setting plate, and the heat transfer flexible wire transmits the temperature of the front end of the shield cover whose temperature has been increased by the heat transferred from the sample setting plate to the probe guide, so that the probe is brought to a predetermined temperature. The four-terminal resistance measuring device to be raised can change the temperature of the measurement stage and the probe tip between the high temperature and the low temperature (very low temperature) by using a refrigeration device and a heating device. The temperature of the measurement sample can be set to the optimum value of the sample at the time of resistance measurement, and the resistance value of the sample can be measured in a state where the temperature of the sample is maintained at the optimum value. The four-terminal resistance measurement device can measure the resistance value of the sample at each temperature by changing the temperature of the measurement stage and the probe tip. Therefore, it measures the change in the resistance value of the sample due to the temperature change. be able to. Even if the temperature of the measurement stage changes between high temperature and low temperature (very low temperature), the probe temperature also changes between the high temperature and low temperature (very low temperature) according to that of the measurement stage. Therefore, the temperature change of the sample when the probe comes into contact with the sample can be prevented, and an accurate resistance value at a predetermined temperature of the sample can be measured.

冷凍装置と加熱装置とを利用することで、試料設置プレートの温度と探針の温度とをマイナス側に273.15〜6ケルビンの範囲で変更可能であり、試料設置プレートの温度と探針の温度とをプラス側に273.15〜473.15ケルビン(0〜200℃)の範囲で変更可能な四端子抵抗測定装置は、試料設置プレートや探針の温度を高温と低温(極低温)との間で変化させることができるから、それによって測定試料の温度を抵抗測定時における試料の最適なそれにすることができ、試料の温度を最適なそれに保持した状態で、試料の抵抗値を測定することができる。四端子抵抗測定装置は、たとえば試料が10〜6ケルビンの極低温に冷却されている場合、探針も試料と略同一の極低温に冷却されているから、探針が試料に当接したとしても、測定試料の温度が上昇することはなく、試料の極低温状態に保持することができ、試料の極低温における正確な抵抗値を測定することができる。また、たとえば試料が423.15〜473.15ケルビン(150〜200℃)の高温に加熱されている場合、探針の温度を上昇させることができるから、探針が試料に当接したとしても、測定試料の温度が低下することはなく、試料の高温状態に保持することができ、試料の高温における正確な抵抗値を測定することができる。   By using the freezing device and the heating device, the temperature of the sample setting plate and the temperature of the probe can be changed to the minus side in the range of 273.15 to 6 Kelvin. The four-terminal resistance measurement device, which can change the temperature in the range of 273.15 to 473.15 Kelvin (0 to 200 ° C.) on the plus side, changes the temperature of the sample installation plate and the probe to high and low temperatures (very low temperature). Therefore, it is possible to change the temperature of the measurement sample to the optimum value of the sample at the time of resistance measurement, and measure the resistance value of the sample while keeping the temperature of the sample at the optimum value. be able to. For example, when the sample is cooled to a cryogenic temperature of 10 to 6 Kelvin, the four-terminal resistance measuring device assumes that the probe is in contact with the sample because the probe is also cooled to a cryogenic temperature substantially the same as the sample. However, the temperature of the measurement sample does not increase, the sample can be kept at a very low temperature, and the accurate resistance value at the very low temperature of the sample can be measured. For example, when the sample is heated to a high temperature of 423.15 to 473.15 Kelvin (150 to 200 ° C.), the temperature of the probe can be increased. The temperature of the measurement sample does not decrease, the sample can be maintained at a high temperature, and an accurate resistance value at a high temperature of the sample can be measured.

熱伝達フレキシブルワイヤーが弾性変形可能な銅撚り線から作られ、ワイヤーの直径が1〜1.5mmの範囲、ワイヤーの長さが5〜10cmの範囲にある四端子抵抗測定装置は、ワイヤーが熱伝導率の高い銅撚り線から作られているから、ワイヤーを介して冷熱や温熱をプローブの探針に確実に伝えることができる。四端子抵抗測定装置は、熱伝達フレキシブルワイヤーの直径および長さが前記範囲にあるから、ワイヤーの熱伝導の効率を保持した状態で、ワイヤーの自由度を確保することができ、ワイヤーを介して冷熱や温熱をプローブの探針に伝えることができるのみならず、プローブの動きにあわせてワイヤーが自由に動くことができる。   A four-terminal resistance measuring device in which the heat transfer flexible wire is made of elastically deformable copper stranded wire, the wire diameter is in the range of 1 to 1.5 mm, and the wire length is in the range of 5 to 10 cm. Since it is made of a high-conductivity copper stranded wire, it is possible to reliably transmit cold and hot heat to the probe tip via the wire. Since the diameter and length of the heat transfer flexible wire are in the above range, the four-terminal resistance measuring device can secure the degree of freedom of the wire while maintaining the efficiency of heat conduction of the wire. Not only can cold and hot heat be transmitted to the probe tip, the wire can move freely according to the movement of the probe.

本発明にかかる四端子測定用プローブによれば、それが冷熱または温熱を探針に伝える弾性変形可能な熱伝達フレキシブルワイヤーを有し、ワイヤーの基端部が冷凍装置および加熱装置によって冷却または加熱された熱伝達媒体に取り付けられるから、ワイヤーを介して探針に冷熱または温熱を伝えることができ、探針の温度を所望のそれに調節することができる。たとえば、四端子測定用プローブが測定試料を所定の温度に調節しつつ試料の抵抗値を測定する四端子抵抗測定装置に使用された場合、ワイヤーから伝わる冷熱や温熱によって探針の温度を試料のそれと略同一にすることができるから、探針が試料に当接したときの試料の温度変化を防ぐことができ、試料の温度を一定に保持した状態で、その試料の抵抗値を測定することができる。   According to the probe for measuring four terminals according to the present invention, it has a heat transfer flexible wire that is elastically deformable to transmit cold or heat to the probe, and the base end of the wire is cooled or heated by a refrigeration apparatus and a heating apparatus. Since it is attached to the heat transfer medium, it is possible to transmit cold or hot heat to the probe through the wire, and the temperature of the probe can be adjusted to a desired value. For example, when a four-terminal measurement probe is used in a four-terminal resistance measurement device that measures the resistance value of a sample while adjusting the measurement sample to a predetermined temperature, the temperature of the probe is controlled by the cold or heat transmitted from the wire. Because it can be made almost the same, it can prevent the temperature change of the sample when the probe contacts the sample, and measure the resistance value of the sample while keeping the sample temperature constant Can do.

四端子測定用プローブは、探針の後端に連結されたプローブガイドとプローブガイドの後端部に連結された板バネと板バネの後端部に連結されたシャフトとから形成され、熱伝達フレキシブルワイヤーがその先端部に取り付けられた圧着端子によってプローブガイドに取り付けられ、熱伝達媒体の冷熱をプローブガイドに伝えることで、探針を所定温度に低下させ、熱伝達媒体の温熱をプローブガイドに伝えることで、探針を所定温度に上昇させるから、ワイヤーの基端部が冷凍装置および加熱装置によって冷却または加熱された熱伝達媒体に取り付けられるとともに、ワイヤーの先端部がプローブガイドに取り付けられることで、ワイヤーを介して探針に冷熱または温熱を伝えることができ、探針の温度を所望のそれに調節することができる。 The four-terminal measuring probe is formed of a probe guide connected to the rear end of the probe, a plate spring connected to the rear end of the probe guide, and a shaft connected to the rear end of the plate spring, and transfers heat. A flexible wire is attached to the probe guide by a crimping terminal attached to the tip of the flexible wire, and transmits the cold heat of the heat transfer medium to the probe guide, so that the probe is lowered to a predetermined temperature, and the heat of the heat transfer medium is transferred to the probe guide. by transmitting, from raising the probe to a predetermined temperature, with the proximal end portion of the wire is attached to the heat transfer medium cooled or heated by the refrigeration system and the heating device, the tip of the wire is attached to the probe guide in the cold or heat it can tell probe via a wire, the temperature of the probe can be adjusted desired it .

プローブガイドが熱伝達絶縁プレートと絶縁スペーサーとを備え、熱伝達フレキシブルワイヤーの先端部に取り付けられた圧着端子の一面が熱伝達絶縁プレートの一面に密着しつつ、圧着端子に形成された挿通孔の内周面が絶縁スペーサーの外周面に当接し、圧着端子がプローブガイドに対して絶縁された状態で、圧着端子と熱伝達絶縁プレートと絶縁スペーサーとが圧着固定されている四端子測定用プローブは、熱伝達絶縁プレートと絶縁スペーサーとの介在下にワイヤーの先端部に取り付けられた圧着端子がプローブガイドに固定されているから、四端子測定用プローブとワイヤーとを確実に絶縁することができる。四端子測定用プローブは、ワイヤーがプローブに電気的に接続されることはなく、電流がワイヤーを通じてグラウンドに落ちることはないから、探針によって測定試料に確実に電流を流すことができる。   The probe guide includes a heat transfer insulating plate and an insulating spacer, and one surface of the crimp terminal attached to the tip of the heat transfer flexible wire is in close contact with one surface of the heat transfer insulating plate, and the insertion hole formed in the crimp terminal is A four-terminal measurement probe with a crimping terminal, heat transfer insulation plate, and insulation spacer fixed by crimping with the inner circumferential surface in contact with the outer circumferential surface of the insulating spacer and the crimping terminal insulated from the probe guide. Since the crimp terminal attached to the tip of the wire is interposed between the heat transfer insulating plate and the insulating spacer and fixed to the probe guide, the four-terminal measuring probe and the wire can be reliably insulated. In the four-terminal measurement probe, the wire is not electrically connected to the probe, and the current does not fall to the ground through the wire, so that the current can be reliably supplied to the measurement sample by the probe.

熱伝達絶縁プレートが面研磨されたサファイヤから作られ、絶縁スペーサーが窒化アルミから作られている四端子測定用プローブは、サファイヤの優れた熱伝導性と優れた絶縁性や絶縁スペーサーの優れた絶縁性を利用することで、四端子測定用プローブとワイヤーとを確実に絶縁することができ、サファイヤを介してワイヤーの冷熱や温熱をプローブの探針に確実に伝えることができる。四端子測定用プローブは、その探針が試料に当接したとしても、測定試料の温度が変化することはなく、試料の温度を一定に保持した状態で、その試料の抵抗値を測定することができる。   The probe for four-terminal measurement, where the heat transfer insulation plate is made of surface-polished sapphire and the insulation spacer is made of aluminum nitride, the sapphire's excellent thermal conductivity and excellent insulation and insulation spacer's excellent insulation By utilizing this property, the four-terminal measurement probe and the wire can be reliably insulated, and the cold and hot heat of the wire can be reliably transmitted to the probe probe through the sapphire. Even if the probe contacts the sample, the four-terminal measurement probe does not change the temperature of the measurement sample, and measures the resistance value of the sample while keeping the sample temperature constant. Can do.

熱伝達フレキシブルワイヤーが弾性変形可能な銅撚り線から作られ、ワイヤーの直径が1〜1.5mmの範囲、ワイヤーの長さが5〜10cmの範囲にある四端子測定用プローブは、熱伝達フレキシブルワイヤーの直径および長さが前記範囲にあるから、ワイヤーの熱伝導の効率を保持した状態で、ワイヤーの自由度を確保することができ、ワイヤーを介して冷熱や温熱をプローブの探針に伝えることができるのみならず、プローブの動きにあわせてワイヤーが自由に動くことができる。   The four-terminal measuring probe, in which the heat transfer flexible wire is made of elastically deformable copper stranded wire and the wire diameter is in the range of 1 to 1.5 mm and the wire length is in the range of 5 to 10 cm, is the heat transfer flexible Since the diameter and length of the wire are within the above ranges, the degree of freedom of the wire can be ensured while maintaining the efficiency of heat conduction of the wire, and cold and hot heat are transmitted to the probe probe via the wire. The wire can move freely according to the movement of the probe.

一例として示す四端子抵抗測定装置の側面図。The side view of the four-terminal resistance measuring apparatus shown as an example. 真空排気機構を省略して示す四端子抵抗測定装置の斜視図。The perspective view of the four-terminal resistance measuring apparatus which abbreviate | omits and shows an evacuation mechanism. 四端子抵抗測定装置の上面図。The top view of a four-terminal resistance measuring apparatus. 真空チャンバーおよび真空容器を部分的に破断して示す四端子抵抗測定装置の側面図。The side view of the four-terminal resistance measuring apparatus which shows a vacuum chamber and a vacuum vessel partially broken. 測定ステージの上面図。The top view of a measurement stage. X−Y−Zステージを省略した真空チャンバーの上面図。The top view of the vacuum chamber which abbreviate | omitted the XYZ stage. 測定ステージの拡大上面図。The enlarged top view of a measurement stage. 図7の8−8線矢視断面図。FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line 8-8 in FIG. 7. 測定ステージの斜視図。The perspective view of a measurement stage. 四端子測定用プローブの斜視図。The perspective view of the probe for four terminal measurement. 四端子測定用プローブの上面図。The top view of the probe for four terminal measurement. 四端子測定用プローブの側面図。The side view of the probe for four terminal measurement. プローブガイドおよび熱伝達フレキシブルワイヤーの拡大側面図。The enlarged side view of a probe guide and a heat transfer flexible wire. プローブガイドに対する熱伝達フレキシブルワイヤーの取り付け手順を示す図。The figure which shows the attachment procedure of the heat transfer flexible wire with respect to a probe guide. 測定試料を試料設置プレートの試料設置箇所に設置する手順を示す図。The figure which shows the procedure which installs a measurement sample in the sample installation location of a sample installation plate.

一例として示す四端子抵抗測定装置10の側面図である図1等の添付の図面を参照し、本発明にかかる四端子抵抗測定装置およびそれに使用する四端子測定用プローブの詳細を説明すると、以下のとおりである。なお、図2は、真空排気機構15を省略して示す四端子抵抗測定装置10の斜視図であり、図3は、四端子抵抗測定装置10の上面図である。図4は、真空チャンバー11および真空容器12を部分的に破断して示す四端子抵抗測定装置10の側面図であり、図5は、測定ステージ13の上面図である。図6は、X−Y−Zステージ31を省略した真空チャンバー11の上面図であり、図7は、測定ステージ13の拡大上面図である。図8は、図7の8−8線矢視断面図である。図1では、上下方向をAで示し前後方向を矢印Bで示す。   The details of the four-terminal resistance measuring device according to the present invention and the four-terminal measuring probe used therein will be described with reference to the accompanying drawings such as FIG. 1 which is a side view of the four-terminal resistance measuring device 10 shown as an example. It is as follows. 2 is a perspective view of the four-terminal resistance measurement device 10 with the vacuum evacuation mechanism 15 omitted, and FIG. 3 is a top view of the four-terminal resistance measurement device 10. FIG. 4 is a side view of the four-terminal resistance measuring device 10 showing the vacuum chamber 11 and the vacuum vessel 12 partially broken, and FIG. 5 is a top view of the measurement stage 13. FIG. 6 is a top view of the vacuum chamber 11 in which the XYZ stage 31 is omitted, and FIG. 7 is an enlarged top view of the measurement stage 13. 8 is a cross-sectional view taken along line 8-8 in FIG. In FIG. 1, the vertical direction is indicated by A, and the front-back direction is indicated by arrow B.

四端子抵抗測定装置10は、真空チャンバー11、真空容器12(冷凍機チャンバー)、測定ステージ13、シールドカバー14、真空排気機構15(真空排気装置)、ヘリウム冷凍機構16(冷凍装置)、ヒーター17(加熱装置)、四端子測定用プローブ18a〜18dから形成されている。四端子抵抗測定装置10は、キャスターが取り付けられた架台19に設置され、キャスターによって自由に移動させることができる。   The four-terminal resistance measuring device 10 includes a vacuum chamber 11, a vacuum vessel 12 (refrigerator chamber), a measurement stage 13, a shield cover 14, a vacuum exhaust mechanism 15 (vacuum exhaust device), a helium refrigerating mechanism 16 (refrigeration device), and a heater 17. (Heating device) and four-terminal measuring probes 18a to 18d. The four-terminal resistance measuring device 10 is installed on a gantry 19 to which a caster is attached and can be freely moved by the caster.

なお、四端子抵抗測定装置10には、図示はしていないが、装置10を制御するコントローラ(制御装置)が接続(装置10がコントローラを内蔵する場合を含む)されている。四端子抵抗測定装置10は、測定試料20を冷却または加熱することで、試料20の温度を設定温度に保持しつつ、真空チャンバー11の真空状態を設定真空度に保持した状態で四端針法(四端子法)による試料20の単位体積当たりの抵抗値(体積抵抗率[Ω・cm])を測定する。試料20には、電気伝導率(電気抵抗率)を有する導体や半導体であれば特に限定はなく、その厚み寸法も特に限定はない。   Although not shown in the figure, a controller (control device) that controls the device 10 is connected to the four-terminal resistance measurement device 10 (including a case where the device 10 includes a controller). The four-terminal resistance measurement apparatus 10 cools or heats the measurement sample 20 to maintain the temperature of the sample 20 at the set temperature, while maintaining the vacuum state of the vacuum chamber 11 at the set vacuum degree. The resistance value (volume resistivity [Ω · cm]) per unit volume of the sample 20 is measured by (four terminal method). The sample 20 is not particularly limited as long as it is a conductor or semiconductor having electrical conductivity (electrical resistivity), and the thickness dimension is not particularly limited.

真空チャンバー11は、上下方向へ延びる円筒状に成型され、円形の頂底壁21,22とそれら壁21,22の間に延びる周壁23とを有する。真空チャンバー11には、所定容積の内部空間24が画成されている。測定試料20の抵抗値の測定時では、チャンバー11の内部空間24が真空排気機構15によって真空に保持される。チャンバー11の頂壁21は、周縁部25と中央部26とを有する。周縁部25は、ステンレスから作られ(アルミニウムやジュラルミンから作られていてもよい)、中央部26は、透明遮蔽ガラスから作られている。   The vacuum chamber 11 is formed in a cylindrical shape extending in the vertical direction, and includes circular top and bottom walls 21 and 22 and a peripheral wall 23 extending between the walls 21 and 22. In the vacuum chamber 11, an internal space 24 having a predetermined volume is defined. When measuring the resistance value of the measurement sample 20, the internal space 24 of the chamber 11 is held in a vacuum by the vacuum exhaust mechanism 15. The top wall 21 of the chamber 11 has a peripheral edge portion 25 and a central portion 26. The peripheral portion 25 is made of stainless steel (may be made of aluminum or duralumin), and the central portion 26 is made of transparent shielding glass.

頂壁21の周縁部25は、その周り方向へ並ぶ複数個のボルトによって周壁23の頂部に気密に固定されている。ボルトを取り外すことで、頂壁21を周壁23から分離することができる。底壁22は、ステンレスから作られている(アルミニウムやジュラルミンから作られていてもよい)。底壁22は、その周縁部が周り方向へ並ぶ複数個のボルトによって周壁23の頂部に気密に固定されている。ボルトを取り外すことで、底壁22を周壁23から分離することができる。周壁23は、ステンレスから作られている(アルミニウムやジュラルミンから作られていてもよい)。   The peripheral edge 25 of the top wall 21 is airtightly fixed to the top of the peripheral wall 23 by a plurality of bolts arranged in the circumferential direction. The top wall 21 can be separated from the peripheral wall 23 by removing the bolt. The bottom wall 22 is made of stainless steel (may be made of aluminum or duralumin). The bottom wall 22 is airtightly fixed to the top of the peripheral wall 23 by a plurality of bolts whose peripheral edge is arranged in the circumferential direction. The bottom wall 22 can be separated from the peripheral wall 23 by removing the bolt. The peripheral wall 23 is made of stainless steel (may be made of aluminum or duralumin).

真空チャンバー11の周壁23には、前後方向へ延びるジョイントパイプ27が作られ、周り方向へ並ぶX−Y−Zステージ接続ポート28および密閉蓋29によって気密に閉鎖された予備接続ポート30が作られている。X−Y−Zステージ接続ポート28には、チャンバー11の周壁23の周り方向へ並ぶ4つのX−Y−Zステージ31が気密に取り付けられている。X−Y−Zステージ31には、四端子測定用プローブ18a〜18d(プローブ18a〜18dの後記するシャフト56)が着脱可能に取り付けられている。X−Y−Zステージ31は、四端子測定用プローブ18a〜18d(プローブ18a〜18dの後記する探針53)をX軸方向、Y軸方向、Z軸方向へ移動させる。X−Y−Zステージ31を利用することで、探針53を3次元に動作させて探針53の測定試料20に対する当接位置を調整することができる。   A joint pipe 27 extending in the front-rear direction is formed on the peripheral wall 23 of the vacuum chamber 11, and a preliminary connection port 30 that is hermetically closed by an XYZ stage connection port 28 and a sealing lid 29 arranged in the peripheral direction is formed. ing. Four XYZ stages 31 arranged in the direction around the peripheral wall 23 of the chamber 11 are airtightly attached to the XYZ stage connection port 28. Four-terminal measurement probes 18a to 18d (a shaft 56 described later of the probes 18a to 18d) are detachably attached to the XYZ stage 31. The XYZ stage 31 moves the four-terminal measurement probes 18a to 18d (probe 53 to be described later of the probes 18a to 18d) in the X axis direction, the Y axis direction, and the Z axis direction. By using the XYZ stage 31, the contact position of the probe 53 with respect to the measurement sample 20 can be adjusted by moving the probe 53 three-dimensionally.

真空チャンバー11には、図示はしていないが、真空計(圧力センサ)が設置されている。真空計は、インターフェイスを介してコントローラに接続されている。真空計は、真空チャンバー11の内部空間24の真空圧力を測定し、測定した真空圧力をコントローラに出力する。コントローラは、真空計から出力された真空圧力に基づいて内部空間24の真空度を計測する。   Although not shown, the vacuum chamber 11 is provided with a vacuum gauge (pressure sensor). The vacuum gauge is connected to the controller via an interface. The vacuum gauge measures the vacuum pressure in the internal space 24 of the vacuum chamber 11 and outputs the measured vacuum pressure to the controller. The controller measures the degree of vacuum in the internal space 24 based on the vacuum pressure output from the vacuum gauge.

コントローラは、中央処理部(CPUまたはMPU)とメモリ(メインメモリおよびキャッシュメモリ)とを有するコンピュータであり、大容量ハードディスクを内蔵している。コントローラには、テンキーユニットやキーボード、マルチタッチパネル、ディスプレイ、プリンタ等の入出力装置がインターフェイスを介して接続されている。コントローラの中央処理部は、オペレーティングシステムによる制御に基づいて、メモリからアプリケーションを起動し、起動したアプリケーションに従って、四端子抵抗測定装置10の各種制御を実施する。   The controller is a computer having a central processing unit (CPU or MPU) and memory (main memory and cache memory), and has a built-in large-capacity hard disk. Input / output devices such as a numeric keypad unit, keyboard, multi-touch panel, display, and printer are connected to the controller via an interface. The central processing unit of the controller activates an application from the memory based on the control by the operating system, and performs various controls of the four-terminal resistance measuring device 10 according to the activated application.

真空容器12は、ステンレスから作られている(アルミニウムやジュラルミンから作られていてもよい)。真空容器12は、上下方向へ長い円筒状に成型されている。真空容器12には、所定容積の内部空間32が画成されている。真空容器12の上部には、ヘリウム冷凍機構16が着脱可能に設置されている。真空容器12の中央部には、前後方向へ延びるジョイントパイプ33が作られている。真空容器12の下部には、上下方向へ延びる第1排気パイプ34が作られている。   The vacuum vessel 12 is made of stainless steel (may be made of aluminum or duralumin). The vacuum vessel 12 is formed in a cylindrical shape that is long in the vertical direction. A predetermined volume of the internal space 32 is defined in the vacuum container 12. A helium refrigeration mechanism 16 is detachably installed on the upper portion of the vacuum vessel 12. A joint pipe 33 extending in the front-rear direction is formed at the center of the vacuum vessel 12. A first exhaust pipe 34 extending in the vertical direction is formed at the lower portion of the vacuum vessel 12.

真空容器12(ヘリウム冷凍機構16)は、ジョイントパイプ33を介して真空チャンバー11に連結されている。真空チャンバー11に作られたジョイントパイプ27と真空容器12に作られたジョイントパイプ33とは、それらジョイントパイプ27,33の径方向へ延びるフランジどうしが当接し、それらフランジがボルトによって固定されることで、互いに気密に接続される。   The vacuum vessel 12 (helium refrigerating mechanism 16) is connected to the vacuum chamber 11 via a joint pipe 33. The joint pipe 27 made in the vacuum chamber 11 and the joint pipe 33 made in the vacuum vessel 12 are in contact with each other and the flanges extending in the radial direction of the joint pipes 27 and 33 are fixed by bolts. And are connected to each other in an airtight manner.

測定ステージ13は、前後方向へ直状に延びる板状部材であり、真空チャンバー11の内部空間27からジョイントパイプ27,33を通り、真空容器12の内部空間32に達している。測定ステージ13は、高い熱伝導性(熱伝導率)を有する銅から作られている。測定ステージ13は、測定試料20を着脱可能に設置する所定厚みの試料設置プレート35と、真空容器12の内部空間32(ヘリウム冷凍機構16の側)に位置する所定厚みの当接プレート37と、試料設置プレート35および当接プレート37の間に延びる所定厚みの中間プレート36とから形成されている。   The measurement stage 13 is a plate-like member extending straight in the front-rear direction, and reaches the internal space 32 of the vacuum vessel 12 from the internal space 27 of the vacuum chamber 11 through the joint pipes 27 and 33. The measurement stage 13 is made of copper having high thermal conductivity (thermal conductivity). The measurement stage 13 includes a sample installation plate 35 having a predetermined thickness on which the measurement sample 20 is detachably installed, a contact plate 37 having a predetermined thickness located in the internal space 32 of the vacuum vessel 12 (on the helium refrigeration mechanism 16 side), An intermediate plate 36 having a predetermined thickness extending between the sample setting plate 35 and the contact plate 37 is formed.

試料設置プレート35は、図5に示すように、その平面形状が円形に成型され、真空チャンバー11の内部空間24に位置している。試料設置プレート35には、その温度を測定する温度センサ(図示せず)が設置されている。温度センサは、インターフェイスを介してコントローラに接続され、測定したプレート35の温度をコントローラに出力する。中間プレート36は、ジョイントパイプ27,33内に位置している。   As shown in FIG. 5, the sample placement plate 35 is formed into a circular planar shape and is located in the internal space 24 of the vacuum chamber 11. The sample placement plate 35 is provided with a temperature sensor (not shown) for measuring the temperature. The temperature sensor is connected to the controller via the interface, and outputs the measured temperature of the plate 35 to the controller. The intermediate plate 36 is located in the joint pipes 27 and 33.

シールドカバー14は、前後方向へ直状に延びる板状部材であり、真空チャンバー11の内部空間24からジョイントパイプ27,33を通り、真空容器12の内部空間32に達している。シールドカバー14(後記する固定座42を含む)は、高い熱伝導性(熱伝導率)を有する銅から作られている。シールドカバー14は、測定ステージ13の試料設置プレート35の外側に位置してプレート35を取り囲む前端部38と、当接プレート37の外側に位置してプレート37全体を取り囲む(全体を包被する)後端部40と、中間プレート36の外側に位置してプレート36全体を取り囲む(全体を包被する)中間部39とを有する。   The shield cover 14 is a plate-like member extending straight in the front-rear direction, and reaches the internal space 32 of the vacuum vessel 12 from the internal space 24 of the vacuum chamber 11 through the joint pipes 27 and 33. The shield cover 14 (including the fixing seat 42 described later) is made of copper having high thermal conductivity (thermal conductivity). The shield cover 14 is located outside the sample setting plate 35 of the measurement stage 13 and surrounds the front end 38 surrounding the plate 35 and the outside of the contact plate 37 and surrounds the entire plate 37 (covers the whole). It has a rear end portion 40 and an intermediate portion 39 which is located outside the intermediate plate 36 and surrounds (encloses) the entire plate 36.

シールドカバー14の前端部38は、真空チャンバー11の内部空間24に位置している。前端部38は、円環状に成型された部分と円盤状に成形された固定座42とから形成され、円環状に成型された部分が試料設置プレート35の周縁部41近傍に位置しつつ部分が周縁部41の周囲全体を取り囲んでいる。なお、前端部38の円環状に成型された部分は、試料設置プレート35の周縁部41に当接せず、非接触である。円環状に成型された部分と固定座42とは、それらの周り方向へ並ぶ複数個のビスによって密着固定されている。中間部39は、ジョイントパイプ27,33の内側に位置し、後端部40は、真空容器12の内部空間32(冷凍機構16の側)に位置している。後端部40は、中間部39から前後方向へ延びた後、冷凍機構16に向かって上方へ延びている。後端部40の冷凍機構16に向かって上方へ延びる部分は、円筒状に成型されている。   The front end portion 38 of the shield cover 14 is located in the internal space 24 of the vacuum chamber 11. The front end portion 38 is formed of a ring-shaped portion and a disk-shaped fixed seat 42, and the portion formed in a ring shape is positioned in the vicinity of the peripheral edge portion 41 of the sample setting plate 35. The entire periphery of the peripheral edge portion 41 is surrounded. Note that the annularly shaped portion of the front end portion 38 does not contact the peripheral edge portion 41 of the sample setting plate 35 and is not in contact. The ring-shaped part and the fixing seat 42 are closely fixed by a plurality of screws arranged in the peripheral direction. The intermediate portion 39 is located inside the joint pipes 27 and 33, and the rear end portion 40 is located in the internal space 32 (the refrigeration mechanism 16 side) of the vacuum vessel 12. The rear end portion 40 extends from the intermediate portion 39 in the front-rear direction, and then extends upward toward the refrigeration mechanism 16. A portion of the rear end portion 40 extending upward toward the refrigeration mechanism 16 is formed in a cylindrical shape.

真空排気機構15(真空排気装置)は、真空容器12の下方に位置し、真空容器の第1排気パイプ34に気密に連結されることで、真空チャンバー11に気密に連結(連通)されている。真空排気機構15は、真空チャンバー11や真空容器12の内部空間24,32の空気を排気してそれら空間24,32を真空に減圧する。真空排気機構15は、排気パイプ34の直下に設置されたターボ分子ポンプ43(主真空ポンプ)と、ターボ分子ポンプ43の下流側に配置された粗引きポンプ44(補助真空ポンプ)とから形成されている。ターボ分子ポンプ43は、第1排気パイプ34を介して真空容器12に連結(連通)されている。ターボ分子ポンプ43は、タービン翼を有するロータを高速で回転させることで、気体分子を圧縮して排気する。ターボ分子ポンプ43は、真空チャンバー11や真空容器12の内部空間24,32の真空引きに使用される。   The vacuum evacuation mechanism 15 (vacuum evacuation device) is positioned below the vacuum vessel 12 and is airtightly connected (communication) to the vacuum chamber 11 by being airtightly connected to the first exhaust pipe 34 of the vacuum vessel. . The vacuum exhaust mechanism 15 exhausts the air in the internal spaces 24 and 32 of the vacuum chamber 11 and the vacuum vessel 12 and depressurizes the spaces 24 and 32 to a vacuum. The vacuum exhaust mechanism 15 is formed by a turbo molecular pump 43 (main vacuum pump) installed immediately below the exhaust pipe 34 and a roughing pump 44 (auxiliary vacuum pump) disposed downstream of the turbo molecular pump 43. ing. The turbo molecular pump 43 is connected (communication) to the vacuum vessel 12 through the first exhaust pipe 34. The turbo molecular pump 43 compresses and exhausts gas molecules by rotating a rotor having turbine blades at a high speed. The turbo molecular pump 43 is used to evacuate the internal spaces 24 and 32 of the vacuum chamber 11 and the vacuum vessel 12.

粗引きポンプ44は、第2排気パイプ45を介してターボ分子ポンプ43に連結(連通)されている。粗引きポンプ44は、ターボ分子ポンプ43が大気圧まで圧縮できない点をカバーし、第2排気パイプ45の排気圧を所定圧に保持する。粗引きポンプ44には、ロータリーポンプ、高真空ダイヤフラムポンプ、ドライ真空ポンプ等を使用することができる。ターボ分子ポンプ43や粗引きポンプ44の出力がコントローラによって調節される場合は、それらポンプ43,44の制御器がインターフェイスを介してコントローラに接続される。それらポンプ43,44がコントローラによって調節されない場合は、それらポンプ43,44の制御器がポンプ制御装置に接続される。   The roughing pump 44 is connected (communication) to the turbo molecular pump 43 via the second exhaust pipe 45. The roughing pump 44 covers the point where the turbo molecular pump 43 cannot compress to atmospheric pressure, and maintains the exhaust pressure of the second exhaust pipe 45 at a predetermined pressure. As the roughing pump 44, a rotary pump, a high vacuum diaphragm pump, a dry vacuum pump, or the like can be used. When the outputs of the turbo molecular pump 43 and the roughing pump 44 are adjusted by the controller, the controllers of the pumps 43 and 44 are connected to the controller via the interface. When the pumps 43 and 44 are not adjusted by the controller, the controllers of the pumps 43 and 44 are connected to the pump controller.

ヘリウム冷凍機構16(冷凍装置)は、ヘリウム冷凍システムを採用することで、試料20(冷凍対象物)を極低温に冷凍する。ヘリウム冷凍機構16は、ヘリウム冷凍機46と、冷凍機46から下方へ延びる往管49と、往管49の下方延出端部に設置された第1冷却ステージ48と、第1冷却ステージ48につながって往管49からUターンして上方へ延びる還管49と、還管49の略中央部に設置された第2冷却ステージ50とを有する。   The helium refrigeration mechanism 16 (refrigeration apparatus) employs a helium refrigeration system to freeze the sample 20 (subject to be frozen) at a very low temperature. The helium refrigeration mechanism 16 includes a helium refrigerator 46, a forward pipe 49 extending downward from the refrigerator 46, a first cooling stage 48 installed at a downwardly extending end of the forward pipe 49, and a first cooling stage 48. The return pipe 49 is connected to the return pipe 49 and makes a U-turn and extends upward, and the second cooling stage 50 is installed at a substantially central portion of the return pipe 49.

ヘリウム冷凍機46は、図示はしていないが、ヘリウム圧縮機、膨張タービン、熱交換器、ジュールトムソン弁から形成されている。ヘリウム冷凍機46は、真空容器12の頂部に着脱可能に取り付けられている。ヘリウム冷凍機46には、ヘリウムガス(冷媒)を外部から導入し、そのヘリウムガスを圧縮下に貯蔵したヘリウムガス中継ボックス51が連結されている。ヘリウム冷凍機46は、その制御器がインターフェイスを介してコントローラに接続されている。   Although not shown, the helium refrigerator 46 is formed of a helium compressor, an expansion turbine, a heat exchanger, and a Joule Thomson valve. The helium refrigerator 46 is detachably attached to the top of the vacuum vessel 12. The helium refrigerator 46 is connected to a helium gas relay box 51 in which helium gas (refrigerant) is introduced from the outside and the helium gas is stored under compression. The helium refrigerator 46 has a controller connected to the controller via an interface.

往管47および還管49は、ステンレスから作られている(アルミニウムやジュラルミンから作られていてもよい)。第1冷却ステージ48および第2冷却ステージ50は、高い熱伝導性(熱伝導率)を有する銅から作られ作られている。往管47や還管49、第1冷却ステージ48、第2冷却ステージ50は、真空容器12の内部空間32に収容されている。   The outgoing pipe 47 and the return pipe 49 are made of stainless steel (may be made of aluminum or duralumin). The first cooling stage 48 and the second cooling stage 50 are made of copper having high thermal conductivity (thermal conductivity). The outgoing pipe 47, the return pipe 49, the first cooling stage 48, and the second cooling stage 50 are accommodated in the internal space 32 of the vacuum vessel 12.

往管47は、ヘリウム冷凍機46から送出されたヘリウムガスを下方(一方向)へ向かって流動(流出)させる。還管49は、往管47を流動したヘリウムガスをヘリウム冷凍機46に向かって流動(流入)させ、ヘリウムガスを冷凍機46に戻す。ヘリウムガスは、ヘリウムガス中継ボックス51からヘリウム冷凍機46に供給された後、ヘリウム冷凍機46→往管47→第1冷却ステージ48→還管49(第2冷却ステージ50)→冷凍機46の順で循環する。   The outgoing pipe 47 causes the helium gas sent from the helium refrigerator 46 to flow (outflow) downward (in one direction). The return pipe 49 causes the helium gas that has flowed through the outgoing pipe 47 to flow (inflow) toward the helium refrigerator 46 and return the helium gas to the refrigerator 46. After the helium gas is supplied from the helium gas relay box 51 to the helium refrigerator 46, the helium refrigerator 46 → the outgoing pipe 47 → the first cooling stage 48 → the return pipe 49 (second cooling stage 50) → the refrigerator 46 Cycle in order.

往管47には、流量計が設置されている。流量計は、インターフェイスを介してコントローラに接続されている。流量計は、往管47を流動するヘリウムガスの流量を測定し、測定した流量をコントローラに出力する。コントローラは、流量計から出力された流量に基づいて往管47を流動するヘリウムガスの流量を計測する。第1冷却ステージ48は、円柱状に成型され、所定面積の下面を有する。第1冷却ステージ48の下面の全域には、測定ステージ13の当接プレート37の上面全域が当接(密着)している。第1冷却ステージ48は、その内部にヘリウムガスが流動することで、極低温に冷却される。   The outgoing pipe 47 is provided with a flow meter. The flow meter is connected to the controller via an interface. The flow meter measures the flow rate of helium gas flowing through the outgoing pipe 47 and outputs the measured flow rate to the controller. The controller measures the flow rate of helium gas flowing through the outgoing pipe 47 based on the flow rate output from the flow meter. The first cooling stage 48 is formed in a cylindrical shape and has a lower surface with a predetermined area. The entire upper surface of the contact plate 37 of the measurement stage 13 is in contact with (adhered to) the entire lower surface of the first cooling stage 48. The first cooling stage 48 is cooled to an extremely low temperature by flowing helium gas therein.

ヘリウムガスによって冷却された第1冷却ステージ48は、その冷熱を当接プレート37(測定ステージ13)に伝える。第1冷却ステージ48から当接プレート37に伝わった冷熱は、当接プレート37から中間プレート36に伝わり、中間プレート36から試料設置プレート35に伝わる。第1冷却ステージ48から伝わった冷熱によって測定ステージ13全体が極低温に冷却される。   The first cooling stage 48 cooled by the helium gas transmits the cold heat to the contact plate 37 (measurement stage 13). The cold heat transmitted from the first cooling stage 48 to the contact plate 37 is transmitted from the contact plate 37 to the intermediate plate 36 and from the intermediate plate 36 to the sample setting plate 35. The entire measurement stage 13 is cooled to a very low temperature by the cold heat transmitted from the first cooling stage 48.

第2冷却ステージ50は、円柱状に成型され、その下面にシールドカバー14の後端部40が接続されている。第2冷却ステージ50は、往管47の略中央部を取り囲んでいるが、往管47の外周面に当接せず、非接触である。第2冷却ステージ50は、その内部にヘリウムガスが流動することで、極低温に冷却される。ヘリウムガスによって冷却された第2冷却ステージ50は、その冷熱をシールドカバー14の後端部40に伝える。第2冷却ステージ50からシールドカバー14の後端部40に伝わった冷熱は、後端部40から中間部39に伝わり、中間部39から前端部38に伝わる。第2冷却ステージ50から伝わった冷熱によってシールドカバー13全体が極低温に冷却される。シールドカバー13の前端部38が試料設置プレート35の周縁部41近傍を取り囲んでいるから、前端部38の冷熱がプレート35の周縁部41近傍に伝わる。   The 2nd cooling stage 50 is shape | molded by the column shape, and the rear-end part 40 of the shield cover 14 is connected to the lower surface. The second cooling stage 50 surrounds the substantially central portion of the forward pipe 47, but does not contact the outer peripheral surface of the forward pipe 47 and is not in contact. The second cooling stage 50 is cooled to an extremely low temperature by flowing helium gas therein. The second cooling stage 50 cooled by the helium gas transmits the cold heat to the rear end portion 40 of the shield cover 14. Cold heat transmitted from the second cooling stage 50 to the rear end portion 40 of the shield cover 14 is transmitted from the rear end portion 40 to the intermediate portion 39 and from the intermediate portion 39 to the front end portion 38. The entire shield cover 13 is cooled to a very low temperature by the cold heat transmitted from the second cooling stage 50. Since the front end portion 38 of the shield cover 13 surrounds the vicinity of the peripheral portion 41 of the sample setting plate 35, the cold heat of the front end portion 38 is transmitted to the vicinity of the peripheral portion 41 of the plate 35.

第1冷却ステージ48から伝わった冷熱によって試料設置プレート35(測定ステージ13)が冷却されているが、プレート35の周縁部41から伝わる熱(真空チャンバー11の内部空間24の温度)によってプレート35の温度が上昇すると、プレート35の温度を略一定の低温または極低温に保持することができない場合がある。しかし、シールドカバー14の前端部38が試料設置プレート35の周縁部41近傍を取り囲み、前端部38の冷熱がプレート35の周縁部41近傍に伝わるから、周縁部41近傍が前端部38によって冷却されてプレート35の周縁部41の温度上昇が防止され、プレート35の温度が略一定の低温または極低温に保持される。   The sample setting plate 35 (measurement stage 13) is cooled by the cold heat transmitted from the first cooling stage 48, but the heat of the plate 35 (the temperature of the internal space 24 of the vacuum chamber 11) transmitted from the peripheral edge portion 41 of the plate 35. When the temperature rises, the temperature of the plate 35 may not be maintained at a substantially constant low temperature or extremely low temperature. However, since the front end portion 38 of the shield cover 14 surrounds the vicinity of the peripheral edge portion 41 of the sample setting plate 35 and the cold heat of the front end portion 38 is transmitted to the vicinity of the peripheral edge portion 41 of the plate 35, the vicinity of the peripheral edge portion 41 is cooled by the front end portion 38. Thus, the temperature rise of the peripheral edge portion 41 of the plate 35 is prevented, and the temperature of the plate 35 is maintained at a substantially constant low temperature or extremely low temperature.

ヒーター17(加熱装置)は、試料設置プレート35の中央部の下面に設置され、プレート35を加熱する。ヒーター17は、インターフェイスを介してコントローラに接続されている。ヒーター17は、試料設置プレート35の温度を所定の高温に上昇させるのみならず、プレート35の温度を調節するために使用される。コントローラは、たとえば、ヘリウム冷凍機構16が起動し、冷凍機46からの冷熱が試料設置プレート35に伝わっている場合、ヒーター17を停止させたまま、または、ヒーター17を稼働させることでプレート35を加熱し、プレート35の温度をマイナス側(0℃以下)に調節する。   The heater 17 (heating device) is installed on the lower surface of the central portion of the sample installation plate 35 and heats the plate 35. The heater 17 is connected to the controller via an interface. The heater 17 is used not only to raise the temperature of the sample setting plate 35 to a predetermined high temperature but also to adjust the temperature of the plate 35. For example, when the helium refrigeration mechanism 16 is activated and the cold heat from the refrigerator 46 is transmitted to the sample installation plate 35, the controller moves the plate 35 while the heater 17 is stopped or the heater 17 is operated. Heat and adjust the temperature of the plate 35 to the minus side (0 ° C. or lower).

また、コントローラは、ヘリウム冷凍機構16が停止し、冷凍機46からの冷熱が試料設置プレート35に伝わっていない場合、ヒーター17を稼働させることで、試料設置プレートを加熱し、プレートの温度をプラス側(0℃以上)に調節する。四端子抵抗測定装置10は、マイナス側に273.15〜6ケルビンの範囲で変更することができ、マイナス側の設定温度に保持することができる。また、プラス側に273.15〜473.15ケルビン(0〜200℃)の範囲で変更することができ、プラス側の設定温度に保持することができる。   In addition, when the helium refrigeration mechanism 16 is stopped and the cold heat from the refrigerator 46 is not transmitted to the sample installation plate 35, the controller heats the sample installation plate by operating the heater 17 and increases the plate temperature. Adjust to the side (above 0 ° C). The four-terminal resistance measuring device 10 can be changed to the minus side in the range of 273.15 to 6 Kelvin, and can be held at the set temperature on the minus side. Moreover, it can change in the range of 273.15-473.15 Kelvin (0-200 degreeC) to the plus side, and can be hold | maintained to the setting temperature of the plus side.

図9は、測定ステージ13の斜視図であり、四端子測定用プローブ18a〜18dの探針が測定試料20の上面に当接した状態を示す。図10は、四端子測定用プローブ18a〜18dの斜視図であり、図11は、四端子測定用プローブ18a〜18dの上面図である。図12は、四端子測定用プローブ18a〜18dの側面図であり、図13は、プローブガイド54および熱伝達フレキシブルワイヤー57の拡大側面図である。図14は、プローブガイド54に対する熱伝達フレキシブルワイヤー57の取り付け手順を示す図であり、図15は、測定試料20を試料設置プレート35の試料設置箇所に設置する手順を示す図であり、四端子測定用プローブ18a〜18dの図示を省略している。   FIG. 9 is a perspective view of the measurement stage 13 and shows a state in which the probes of the four-terminal measurement probes 18 a to 18 d are in contact with the upper surface of the measurement sample 20. 10 is a perspective view of the four-terminal measurement probes 18a to 18d, and FIG. 11 is a top view of the four-terminal measurement probes 18a to 18d. FIG. 12 is a side view of the four-terminal measurement probes 18 a to 18 d, and FIG. 13 is an enlarged side view of the probe guide 54 and the heat transfer flexible wire 57. 14 is a diagram showing a procedure for attaching the heat transfer flexible wire 57 to the probe guide 54, and FIG. 15 is a diagram showing a procedure for installing the measurement sample 20 at the sample installation location of the sample installation plate 35. Illustration of the measurement probes 18a to 18d is omitted.

四端子抵抗測定装置10には、4つの四端子測定用プローブ18a〜18dが設置されている。四端子測定用プローブ18a〜18dは、それらのうちの2つが測定試料20に所定の電流を流す電流通電用(所定の電圧を印可する電圧印可用)のプローブ18a、18dであり、他の2つが試料20の電圧を測定する電圧測定用のプローブ18b,18cである。それら四端子測定用プローブ18a〜18dは、インターフェイスを介してコントローラに接続されている。それら四端子測定用プローブ18a〜18dは、探針53およびプローブガイド54と、板バネ55およびシャフト56と、熱伝達フレキシブルワイヤー57とから形成されている。   In the four-terminal resistance measuring device 10, four four-terminal measuring probes 18a to 18d are installed. Two of the four-terminal measurement probes 18a to 18d are current-carrying probes 18a and 18d for applying a predetermined current to the measurement sample 20 (for applying a voltage to apply a predetermined voltage). One is voltage measuring probes 18b and 18c for measuring the voltage of the sample 20. These four-terminal measurement probes 18a to 18d are connected to the controller via an interface. These four-terminal measuring probes 18 a to 18 d are formed of a probe 53 and a probe guide 54, a leaf spring 55 and a shaft 56, and a heat transfer flexible wire 57.

探針53は、プローブガイド54から延びていて測定試料20に向かって(後端から先端に向かって)下方へ屈曲する導電性金属針であり、高い熱伝導性(熱伝導率)および高い電気伝導性(電気伝導率)を有する銅から作られている(銀やアルミニウムから作られていてもよい)。探針53は、測定試料20の上面に当接する先端58と、プローブガイド54に支持された後端59とを有する。   The probe 53 is a conductive metal needle that extends from the probe guide 54 and bends downward toward the measurement sample 20 (from the rear end to the front end), and has high thermal conductivity (thermal conductivity) and high electrical conductivity. Made of copper with conductivity (electrical conductivity) (may be made of silver or aluminum). The probe 53 has a front end 58 that contacts the upper surface of the measurement sample 20 and a rear end 59 supported by the probe guide 54.

プローブガイド54は、四角柱状の六面体であり、高い熱伝導性(熱伝導率)および高い電気伝導性(電気伝導率)を有する銅から作られている(銀やアルミニウムから作られていてもよい)。プローブガイド54は、探針53の後端59に電気的に連結されている。プローブガイド54は、その一面60(側面)に当接する熱伝達絶縁プレート61と、熱伝達絶縁プレート61の上面62に重なる絶縁スペーサー63と、その後端部64から延出するガイドブロック65とを有する。プローブガイド54の一面60の中央部には、ビス66を螺着するビス螺子孔67が作られている。   The probe guide 54 is a quadrangular prism-shaped hexahedron, and is made of copper having high thermal conductivity (thermal conductivity) and high electrical conductivity (electrical conductivity) (may be made of silver or aluminum). ). The probe guide 54 is electrically connected to the rear end 59 of the probe 53. The probe guide 54 includes a heat transfer insulating plate 61 that abuts one surface 60 (side surface) thereof, an insulating spacer 63 that overlaps the upper surface 62 of the heat transfer insulating plate 61, and a guide block 65 that extends from the rear end portion 64. . A screw screw hole 67 into which a screw 66 is screwed is formed at the center of one surface 60 of the probe guide 54.

熱伝達絶縁プレート61は、優れた熱伝導性(熱伝導率)と優れた絶縁性とを有するサファイヤから作られている。熱伝達絶縁プレート61は、図14に示すように、所定厚みを有する四角形の板状に成型され、その各面が面研磨されている。熱伝達絶縁プレート61の中央部には、ビス66を挿通または螺着するビス挿通孔68が作られている。ガイドブロック65は、合成樹脂から作られ、電線69を支持する半円状の受け座70が形成されている。   The heat transfer insulating plate 61 is made of sapphire having excellent thermal conductivity (thermal conductivity) and excellent insulating properties. As shown in FIG. 14, the heat transfer insulating plate 61 is molded into a rectangular plate shape having a predetermined thickness, and each surface thereof is polished. A screw insertion hole 68 through which the screw 66 is inserted or screwed is formed in the central portion of the heat transfer insulating plate 61. The guide block 65 is made of synthetic resin, and a semicircular receiving seat 70 that supports the electric wire 69 is formed.

絶縁スペーサー63は、優れた熱伝導性(熱伝導率)と優れた絶縁性とを有する窒化アルミから作られている。絶縁スペーサー63は、四角形の止め座71と、止め座71から下方へ延びる円筒72とから形成されている。絶縁スペーサー63の止め座71および円筒72の中央部には、ビス66を挿通または螺着するビス挿通孔72が作られている。板バネ55は、合成樹脂から作られ、板状に成型されている。板バネ55は、その前端部がガイドブロック65(プローブガイド54の後端部64)にビスによって固定されている。シャフト56は、合成樹脂から作られ、貫通孔73を有する円筒状に成型されている。シャフト56の貫通孔73には、電線69が挿通される。電線69は、その裸線がプローブガイド54に電気的に接続されている。シャフト56は、その前端部が板バネ55の後端部にビスによって固定され、その後端部がX−Y−Zステージ31に連結されている。   The insulating spacer 63 is made of aluminum nitride having excellent thermal conductivity (thermal conductivity) and excellent insulating properties. The insulating spacer 63 is formed of a square stop seat 71 and a cylinder 72 extending downward from the stop seat 71. A screw insertion hole 72 through which a screw 66 is inserted or screwed is formed in the central portion of the stopper seat 71 and the cylinder 72 of the insulating spacer 63. The leaf spring 55 is made of synthetic resin and molded into a plate shape. The front end of the leaf spring 55 is fixed to the guide block 65 (rear end 64 of the probe guide 54) with screws. The shaft 56 is made of a synthetic resin and is formed into a cylindrical shape having a through hole 73. An electric wire 69 is inserted through the through hole 73 of the shaft 56. The bare wire of the electric wire 69 is electrically connected to the probe guide 54. The front end portion of the shaft 56 is fixed to the rear end portion of the leaf spring 55 with a screw, and the rear end portion thereof is connected to the XYZ stage 31.

熱伝達フレキシブルワイヤー57は、高い熱伝導性(熱伝導率)を有する弾性変形可能な銅撚り線から作られている(銀撚り線やアルミニウム撚り線から作られていてもよい)。ワイヤー57の先端部74および基端部75には、圧着端子76,77が取り付けられている。それら圧着端子76,77は、高い熱伝導性(熱伝導率)を有する銅から作られている(銀やアルミニウムから作られていてもよい)。   The heat transfer flexible wire 57 is made of an elastically deformable copper stranded wire having high thermal conductivity (thermal conductivity) (may be made of a silver stranded wire or an aluminum stranded wire). Crimp terminals 76 and 77 are attached to the distal end portion 74 and the proximal end portion 75 of the wire 57. The crimp terminals 76 and 77 are made of copper having high thermal conductivity (thermal conductivity) (may be made of silver or aluminum).

熱伝達フレキシブルワイヤー57の先端部74に取り付けられた圧着端子76の中央部には、絶縁スペーサー63の円筒72を挿通するスペーサー挿通孔78が作られている。ワイヤー57の基端部75に取り付けられた圧着端子77の中央部には、ビス79を挿通または螺着するビス挿通孔が作られている。ワイヤー57の基端部75は、圧着端子77のビス挿通孔にビス79が挿通または螺着され、そのビス79が固定座42に作られたビス螺着孔に螺着されることで、固定座42(シールドカバー14の前端部38)に圧着固定されている。なお、シールドカバー14の前端部38と圧着端子77(熱伝達フレキシブルワイヤー57)とが熱伝導可能に連結されている。   A spacer insertion hole 78 through which the cylinder 72 of the insulating spacer 63 is inserted is formed in the central portion of the crimp terminal 76 attached to the distal end portion 74 of the heat transfer flexible wire 57. A screw insertion hole through which a screw 79 is inserted or screwed is formed in the central portion of the crimp terminal 77 attached to the base end portion 75 of the wire 57. The base end portion 75 of the wire 57 is fixed by inserting or screwing a screw 79 into a screw insertion hole of the crimp terminal 77 and screwing the screw 79 into a screw screw hole formed in the fixed seat 42. The seat 42 (the front end 38 of the shield cover 14) is fixed by crimping. The front end portion 38 of the shield cover 14 and the crimp terminal 77 (heat transfer flexible wire 57) are connected so as to be capable of heat conduction.

熱伝達フレキシブルワイヤー57の先端部74は、圧着端子76を介して四端子測定用プローブ18a〜18dのプローブガイド54に熱伝導可能かつ絶縁下に取り付けられている。その取り付け手順は、プローブガイド54の一面60(側面)に熱伝達絶縁プレート61(サファイヤ)の一方の一面80(下面)を重ね合わせ、プレート61の他方の一面62(上面)に圧着端子76の一面81(下面)を重ね合わせる。次に、圧着端子76のスペーサー挿通孔78に絶縁スペーサー63の円筒72を挿通し、ビス66の軸をスペーサー63および熱伝達絶縁プレート61のビス挿通孔68,72に挿通または螺着するとともに、そのビス66をプローブガイド54のビス螺着孔67に螺着する。   The distal end portion 74 of the heat transfer flexible wire 57 is attached to the probe guides 54 of the four-terminal measuring probes 18a to 18d through the crimping terminal 76 so as to be thermally conductive and insulated. The mounting procedure is such that one surface 80 (lower surface) of the heat transfer insulating plate 61 (sapphire) is superposed on one surface 60 (side surface) of the probe guide 54 and the crimp terminal 76 is disposed on the other surface 62 (upper surface) of the plate 61. One surface 81 (lower surface) is overlapped. Next, the cylinder 72 of the insulating spacer 63 is inserted into the spacer insertion hole 78 of the crimp terminal 76, the shaft of the screw 66 is inserted or screwed into the spacer 63 and the screw insertion holes 68, 72 of the heat transfer insulating plate 61, and The screw 66 is screwed into the screw screw hole 67 of the probe guide 54.

ビス66をプローブガイド54に螺着すると、圧着端子76の一面81(下面)が熱伝達絶縁プレート61の一面62(上面)に密着しつつ、圧着端子76のスペーサー挿通孔78の内周面82が絶縁スペーサー63の円筒72の外周面83に当接し、圧着端子76がプローブガイド54に対して絶縁された状態で、圧着端子76と熱伝達絶縁プレート61と絶縁スペーサー63とがビス66を介して互いに圧着固定される。圧着端子76がプローブガイド54およびビス66に非接触であり、圧着端子76(熱伝達フレキシブルワイヤー57)とプローブガイド54(探針53)とが非導通状態(絶縁状態)に連結されている。なお、圧着端子76(熱伝達フレキシブルワイヤー57)とプローブガイド54(探針53)とが熱伝導可能に連結されている。   When the screw 66 is screwed to the probe guide 54, one surface 81 (lower surface) of the crimp terminal 76 is in close contact with one surface 62 (upper surface) of the heat transfer insulating plate 61, and the inner peripheral surface 82 of the spacer insertion hole 78 of the crimp terminal 76. Is in contact with the outer peripheral surface 83 of the cylinder 72 of the insulating spacer 63 and the crimp terminal 76 is insulated from the probe guide 54, and the crimp terminal 76, the heat transfer insulating plate 61, and the insulating spacer 63 are interposed via the screws 66. Are fixed to each other by crimping. The crimp terminal 76 is not in contact with the probe guide 54 and the screw 66, and the crimp terminal 76 (heat transfer flexible wire 57) and the probe guide 54 (probe 53) are connected in a non-conducting state (insulated state). The crimp terminal 76 (heat transfer flexible wire 57) and the probe guide 54 (probe 53) are connected so as to be able to conduct heat.

第2冷却ステージ50から伝わる冷熱によって極低温に冷却されたシールドカバー14の前端部38(固定座42)の冷熱は、圧着端子77から熱伝達フレキシブルワイヤー57に伝わるとともにワイヤー57から圧着端子76に伝わった後、圧着端子76からプローブガイド54に伝わり、ガイド54から探針53に伝わる。プローブガイド54から伝わった冷熱によって探針53全体が極低温に冷却される。   The cold heat of the front end portion 38 (fixed seat 42) of the shield cover 14 cooled to an extremely low temperature by the cold heat transmitted from the second cooling stage 50 is transmitted from the crimp terminal 77 to the heat transfer flexible wire 57 and from the wire 57 to the crimp terminal 76. After being transmitted, it is transmitted from the crimp terminal 76 to the probe guide 54 and from the guide 54 to the probe 53. The entire probe 53 is cooled to a very low temperature by the cold heat transmitted from the probe guide 54.

熱伝達フレキシブルワイヤー57は、その直径が1〜1.5mmの範囲、その長さが5〜10cmの範囲にある。ワイヤー57の直径が1mm未満では、ワイヤー57の熱伝導効率が低下し、冷熱または温熱をワイヤー57の基端部75から先端部74に十分かつ円滑に伝えることができない。ワイヤー57の直径が1.5mmを超過すると、ワイヤー57の剛性が必要以上に増加し、ワイヤー57の自由度が失われ、四端子測定用プローブ18a〜18dの動きにあわせてワイヤー57が自由に動くことができず、探針53の測定試料20に対する当接位置を位置決めすることが困難になる。ワイヤー57の長さが10cmを超過すると、ワイヤー57の熱伝導時間が増加し、冷熱または温熱をワイヤー57の基端部75から先端部74に迅速に伝えることができない。   The heat transfer flexible wire 57 has a diameter of 1 to 1.5 mm and a length of 5 to 10 cm. If the diameter of the wire 57 is less than 1 mm, the heat conduction efficiency of the wire 57 is lowered, and cold or warm heat cannot be sufficiently and smoothly transmitted from the proximal end portion 75 of the wire 57 to the distal end portion 74. When the diameter of the wire 57 exceeds 1.5 mm, the rigidity of the wire 57 is increased more than necessary, and the degree of freedom of the wire 57 is lost, and the wire 57 can freely move according to the movement of the four-terminal measurement probes 18a to 18d. It cannot move, and it becomes difficult to position the contact position of the probe 53 with respect to the measurement sample 20. When the length of the wire 57 exceeds 10 cm, the heat conduction time of the wire 57 increases, and cold heat or heat cannot be quickly transmitted from the proximal end portion 75 of the wire 57 to the distal end portion 74.

四端子測定用プローブ18a〜18dを使用した四端子抵抗測定装置10における測定試料10の電気抵抗(抵抗値)の測定手順の一例は、以下のとおりである。なお、コントローラのハードディスクには、真空チャンバー11(真空容器12を含む)の設定真空度、試料設置プレート35(測定ステージ13)の設定温度、四端子測定用プローブ18a,18dから試料20に流す電流の設定電流値、プローブ18a,18dから試料20に印加する電圧の設定電圧値、プローブ18a,18dから試料20に流す電流の設定通電時間が格納されている。設定真空度や設定温度、設定電流値、設定電圧値、設定通電時間は、コントローラに接続された入力装置によって自由に変更することができる。   An example of the measurement procedure of the electrical resistance (resistance value) of the measurement sample 10 in the four-terminal resistance measurement device 10 using the four-terminal measurement probes 18a to 18d is as follows. The hard disk of the controller has a set vacuum degree of the vacuum chamber 11 (including the vacuum vessel 12), a set temperature of the sample setting plate 35 (measurement stage 13), and a current flowing from the four-terminal measuring probes 18a and 18d to the sample 20. , The set voltage value of the voltage applied to the sample 20 from the probes 18a and 18d, and the set energization time of the current flowing from the probes 18a and 18d to the sample 20 are stored. The set vacuum degree, set temperature, set current value, set voltage value, and set energization time can be freely changed by an input device connected to the controller.

コントローラの中央処理部は、四端子抵抗測定装置10(各センサを含む)の停止(OFF)または起動(ON)や真空排気機構15の発停、ヘリウム冷凍機構16の発停、ヒーター17の発停を行い、真空チャンバー12の真空度を設定真空度に保持するとともに、試料設置プレート35(測定ステージ13)の温度を設定温度に保持する。   The central processing unit of the controller stops (OFF) or starts (ON) the four-terminal resistance measuring device 10 (including each sensor), starts and stops the vacuum exhaust mechanism 15, starts and stops the helium refrigeration mechanism 16, and starts the heater 17. Stopping is performed to keep the vacuum degree of the vacuum chamber 12 at the set vacuum degree, and keep the temperature of the sample setting plate 35 (measurement stage 13) at the set temperature.

コントローラの中央処理部は、四端子測定用プローブ18a,18dの探針53から測定試料20に流す電流値を設定電流値に保持するとともに、プローブ18a,18dの探針53から試料20に印加する電圧値を設定電圧値に保持し、設定通電時間の間、プローブ18a,18dの探針53から試料20に電流を流す(電圧を印可する)。さらに、試料20に流した電流および測定した電圧から四端針法(四端子法)による試料29の単位体積当たりの抵抗値(体積抵抗率[Ω・cm])を算出する。   The central processing unit of the controller holds the current value flowing from the probe 53 of the four-terminal measurement probes 18a and 18d to the measurement sample 20 at the set current value, and applies it to the sample 20 from the probe 53 of the probes 18a and 18d. The voltage value is held at the set voltage value, and a current is passed from the probe 53 of the probes 18a and 18d to the sample 20 during the set energization time (voltage is applied). Further, the resistance value (volume resistivity [Ω · cm]) per unit volume of the sample 29 is calculated by the four-end needle method (four-terminal method) from the current passed through the sample 20 and the measured voltage.

最初に測定試料20を試料設置プレート35(測定ステージ13)の試料設置箇所に設置する。ビスの螺着を解除して真空チャンバー12の頂壁21を周壁23から取り外し、試料設置プレート35を露出させた後、ビスの螺着を解除して試料押さえ金具52をプレート35から取り外し、プレート35の略中央の試料設置箇所に測定試料20を設置する(図15参照)。このとき、四端子測定用プローブ18a〜18dの探針53はX−Y−Zステージ31によって試料設置プレート35の設置箇所の径方向外側に移動している。また、真空排気機構15が停止しているとともに、冷凍機構16、ヒーター17が停止している。   First, the measurement sample 20 is installed at the sample installation location of the sample installation plate 35 (measurement stage 13). After screw screwing is released and the top wall 21 of the vacuum chamber 12 is removed from the peripheral wall 23 and the sample setting plate 35 is exposed, screw screwing is released and the sample presser fitting 52 is removed from the plate 35, The measurement sample 20 is installed at a sample installation location at approximately the center of 35 (see FIG. 15). At this time, the probe 53 of the four-terminal measurement probes 18 a to 18 d is moved outward in the radial direction of the installation location of the sample installation plate 35 by the XYZ stage 31. Further, the evacuation mechanism 15 is stopped, and the refrigeration mechanism 16 and the heater 17 are stopped.

プレート35の試料設置箇所に試料20を設置した後、ビスを螺着して試料押さえ金具52を試料設置箇所に固定し、押さえ金具52によって試料20の周縁部を固定する。押さえ金具52が試料20の周縁部を固定することで、試料20がプレート35の試料設置箇所に強固に固定される。押さえ金具52を設置箇所に固定した後、ビスを螺着して頂壁21を周壁23に気密に固定する。頂壁21を周壁23に固定した後、X−Y−Zステージ31を操作してそれら四端子測定用プローブ18a〜18dの探針53を試料20の当接箇所に当接させる(図9参照)。   After the sample 20 is installed at the sample installation location of the plate 35, screws are screwed to fix the sample presser fitting 52 to the sample installation location, and the periphery of the sample 20 is fixed by the presser fixture 52. Since the presser fitting 52 fixes the peripheral edge of the sample 20, the sample 20 is firmly fixed to the sample installation location of the plate 35. After fixing the presser fitting 52 to the installation location, screws are screwed to fix the top wall 21 to the peripheral wall 23 in an airtight manner. After the top wall 21 is fixed to the peripheral wall 23, the XYZ stage 31 is operated to bring the probes 53 of the four-terminal measurement probes 18a to 18d into contact with the contact position of the sample 20 (see FIG. 9). ).

測定試料20をプレート35の試料設置箇所に設置し、プローブ18a〜18dの探針53を試料20の当接箇所に当接させた後、コントローラのスイッチをONにして四端子抵抗測定装置10(四端子抵抗測定システム)を起動させる。装置10を起動させると、コントローラのディスプレイには、初期画面(図示せず)が表示される。初期画面には、設定真空度入力エリア、設定温度入力エリア、設定電流値入力エリア、設定電圧値入力エリア、設定通電時間入力エリア、試料名称入力エリア、試料番号入力エリア、測定者名入力エリアが表示されるとともに、設定確定ボタン、クリアボタン、キャンセルボタンが表示される。クリアボタンをクリックすると、各入力エリアに入力された事項が消去され、各入力エリアへの入力をやり直す。キャンセルボタンをクリックすると、装置10が起動することなく、コントローラがOFFになる。   After the measurement sample 20 is installed at the sample installation location of the plate 35 and the probe 53 of the probes 18a to 18d is brought into contact with the contact location of the sample 20, the switch of the controller is turned on and the four-terminal resistance measurement device 10 ( Start the four-terminal resistance measurement system. When the apparatus 10 is activated, an initial screen (not shown) is displayed on the display of the controller. The initial screen includes a set vacuum input area, set temperature input area, set current value input area, set voltage value input area, set energization time input area, sample name input area, sample number input area, and operator name input area. In addition to being displayed, a setting confirmation button, a clear button, and a cancel button are displayed. When the clear button is clicked, the items entered in each input area are deleted, and the input to each input area is performed again. When the cancel button is clicked, the controller is turned off without starting the apparatus 10.

測定者は、設定真空度入力エリアに真空度を入力し、設定温度入力エリアに温度を入力するとともに、設定電流値入力エリアに電流値を入力する。設定電圧値入力エリアに電圧値を入力し、設定通電時間入力エリアに通電時間を入力する。さらに、試料名称入力エリアに試料名を入力し、試料番号入力エリアに試料番号を入力するとともに、測定者名入力エリアに測定者名を入力する。それら各項目を入力した後、設定確定ボタンをクリックすると、コントローラは、測定試料20に対応するユニークな識別子を生成し、設定真空度、設定温度、設定電流値、設定電圧値、設定通電時間、試料名称、試料番号、測定者名を試料20の識別子および確定日時に関連付けた状態でハードディスクに格納するとともに、実行確認画面(図示せず)をディスプレイに表示する。   The measurer inputs the degree of vacuum in the set vacuum degree input area, inputs the temperature in the set temperature input area, and inputs the current value in the set current value input area. Enter the voltage value in the set voltage value input area and enter the energization time in the set energization time input area. Further, the sample name is input in the sample name input area, the sample number is input in the sample number input area, and the measurer name is input in the measurer name input area. When the setting confirmation button is clicked after inputting each of these items, the controller generates a unique identifier corresponding to the measurement sample 20, and sets the degree of vacuum, the setting temperature, the setting current value, the setting voltage value, the setting energization time, The sample name, sample number, and measurer name are stored in the hard disk in a state associated with the identifier of the sample 20 and the confirmation date and time, and an execution confirmation screen (not shown) is displayed on the display.

実行確認画面には、設定真空度を表示した設定真空度表示エリア、設定温度を表示した設定温度表示エリア、設定電流値を表示した設定電流値表示エリア、設定電圧値を表示した設定電圧値表示エリア、設定通電時間を表示した設定通電時間表示エリア、試料名称を表示した試料名称表示エリア、試料番号を表示した試料番号表示エリア、測定者名を表示した測定者名表示エリアが表示されるとともに、測定実行ボタン、設定変更ボタン、戻るボタン、キャンセルボタンが表示される。戻るボタンをクリックすると、初期画面がディスプレイに表示される。   The execution confirmation screen includes a set vacuum display area that displays the set vacuum, a set temperature display area that displays the set temperature, a set current value display area that displays the set current value, and a set voltage value display that displays the set voltage value. Area, set energization time display area that displays the set energization time, sample name display area that displays the sample name, sample number display area that displays the sample number, and operator name display area that displays the measurer name A measurement execution button, a setting change button, a return button, and a cancel button are displayed. When you click the back button, the initial screen appears on the display.

なお、設定真空度や設定温度、設定電流値、設定電圧値、設定通電時間がすでに入力(格納)されている場合、初期画面には、設定真空度を表示した設定真空度表示エリア、設定温度を表示した設定温度表示エリア、設定電流値を表示した設定電流値表示エリア、設定電圧値を表示した設定電圧値表示エリア、設定通電時間を表示した設定通電時間表示エリア、試料名称入力エリア、試料番号入力エリア、測定者名入力エリアが表示されるとともに、設定確定ボタン、設定変更ボタン、クリアボタン、キャンセルボタンが表示される。   When the set vacuum level, set temperature, set current value, set voltage value, and set energization time have already been input (stored), the initial screen displays the set vacuum level display area that displays the set vacuum level and the set temperature. Set temperature display area displaying, Set current value display area displaying set current value, Set voltage value display area displaying set voltage value, Set energization time display area displaying set energization time, Sample name input area, Sample A number input area and a measurer name input area are displayed, and a setting confirmation button, a setting change button, a clear button, and a cancel button are displayed.

設定真空度や設定温度、設定電流値、設定電圧値、設定通電時間、試料名称、試料番号、測定者名を変更する場合、初期画面や実行確認画面の設定変更ボタンをクリックする。設定変更ボタンをクリックすると、設定変更画面(図示せず)がディスプレイに表示される。設定変更画面には、設定真空度を表示した設定真空度確認エリア、新たな設定真空度を入力する設定真空度入力エリア、設定温度を表示した設定温度確認エリア、新たな設定温度を入力する設定温度入力エリア、設定電流値を表示した設定電流値確認エリア、新たな設定電流値を入力する設定電流値入力エリア、設定電圧値を表示した設定電圧値確認エリア、新たな設定電圧値を入力する設定電圧値入力エリア、設定通電時間を表示した設定通電時間確認エリア、新たな設定通電時間を入力する設定通電時間入力エリア、試料名称を表示した試料名称確認エリア、試料番号を表示した番号確認エリア、測定者名を表示した測定者名確認エリアが表示されるとともに、変更確定ボタン、クリアボタン、戻るボタンが表示される。戻るボタンをクリックすると、初期画面または実行確認画面がディスプレイに表示される。   To change the set vacuum level, set temperature, set current value, set voltage value, set energization time, sample name, sample number, or measurer name, click the setting change button on the initial screen or execution confirmation screen. When the setting change button is clicked, a setting change screen (not shown) is displayed on the display. On the setting change screen, a setting vacuum level confirmation area displaying the set vacuum level, a setting vacuum level input area for entering a new set vacuum level, a setting temperature confirmation area displaying a set temperature, and a setting for entering a new set temperature Temperature input area, set current value confirmation area displaying the set current value, set current value input area for entering a new set current value, set voltage value confirmation area displaying the set voltage value, and entering a new set voltage value Set voltage value input area, set energization time confirmation area displaying set energization time, set energization time input area for entering new set energization time, sample name confirmation area displaying sample name, number confirmation area displaying sample number A measurer name confirmation area displaying the measurer name is displayed, and a change confirmation button, a clear button, and a return button are displayed. When the back button is clicked, an initial screen or an execution confirmation screen is displayed on the display.

各項目のうちの少なくとも1つを変更する場合は、各入力エリアに変更後の設定真空度や設定温度、設定電流値、設定電圧値、設定通電時間、試料名称、試料番号、測定者名を入力し、設定確定ボタンをクリックする。コントローラは、設定真空度や設定温度、設定電流値、設定電圧値、設定通電時間、試料名称、試料番号、測定者名を変更後のそれらに更新し、それらを測定試料20の識別子および確定日時に関連付けた状態でハードディスクに格納するとともに、実行確認画面をディスプレイに表示する。   When changing at least one of the items, change the set vacuum level, set temperature, set current value, set voltage value, set energization time, sample name, sample number, and name of the operator in each input area. Enter it and click the Confirm Settings button. The controller updates the set vacuum degree, set temperature, set current value, set voltage value, set energization time, sample name, sample number, and measurer name to those after the change, and changes them to the identifier of the measurement sample 20 and the date and time of confirmation. Are stored in the hard disk in a state of being associated with each other, and an execution confirmation screen is displayed on the display.

設定真空度や設定温度、設定電流値、設定電圧値、設定通電時間、試料名称、試料番号、測定者名に変更がない場合、または、それらを変更した後、測定を実行する場合、実行確認画面の測定実行ボタンをクリックする。実行確認画面において測定実行ボタンをクリックすると、コントローラは、真空排気機構15(ターボ分子ポンプ43や粗引きポンプ44)を起動させる。真空排気機構15が起動すると、ターボ分子ポンプ43および粗引きポンプ33によって真空チャンバー11および真空容器12の内部空間24,32の空気が排気され、真空チャンバー11および真空容器12の内部空間24,32が次第に減圧される。コントローラは、真空計から出力された真空圧力に基づいて真空チャンバー11や真空容器12の内部空間24,32の真空度を計測し、真空度が設定真空度(たとえば、1×10−7〜1×10−13Paの超真空)に達した場合、その真空度を保持するように、それらポンプ43,44の出力を調節する。なお、四端子抵抗測定装置10では、真空チャンバー11および真空容器12の内部空間24,32の真空度を1×10−2〜1×10−13Paの範囲で調節することができる。 Confirmation of execution when setting vacuum level, setting temperature, setting current value, setting voltage value, setting energization time, sample name, sample number, and operator name are unchanged, or when measuring after changing them Click the measurement execution button on the screen. When the measurement execution button is clicked on the execution confirmation screen, the controller activates the vacuum exhaust mechanism 15 (the turbo molecular pump 43 and the roughing pump 44). When the evacuation mechanism 15 is activated, the turbo molecular pump 43 and the roughing pump 33 exhaust the air in the internal spaces 24 and 32 of the vacuum chamber 11 and the vacuum vessel 12, and the internal spaces 24 and 32 of the vacuum chamber 11 and the vacuum vessel 12. Is gradually reduced in pressure. The controller measures the degree of vacuum in the internal spaces 24 and 32 of the vacuum chamber 11 and the vacuum vessel 12 based on the vacuum pressure output from the vacuum gauge, and the degree of vacuum is set to a set degree of vacuum (for example, 1 × 10 −7 to 1 × 10 −13 Pa ultra-vacuum), the outputs of the pumps 43 and 44 are adjusted so as to maintain the degree of vacuum. In the four-terminal resistance measuring device 10, the degree of vacuum in the internal spaces 24 and 32 of the vacuum chamber 11 and the vacuum vessel 12 can be adjusted in the range of 1 × 10 −2 to 1 × 10 −13 Pa.

測定試料20の設定温度がたとえば10〜6ケルビンの極低温に設定されている場合、真空度が設定真空度に達した後、コントローラは、ヒーター17を停止させたまま、ヘリウム冷凍機構16を起動させる。冷凍機構16が起動すると、ヘリウムガス(冷媒)がヘリウムガス中継ボックス51からヘリウム冷凍機46に供給され、ヘリウムガスがヘリウム冷凍機46→往管47→第1冷却ステージ48→還管49(第2冷却ステージ50)→冷凍機46の順で循環する。コントローラは、流量計から出力された流量に基づいて往管47に流動するヘリウムガスの流量を計測し、冷凍機46から送出されるヘリウムガスの流量を略一定に保持する。   When the set temperature of the measurement sample 20 is set to an extremely low temperature of, for example, 10 to 6 Kelvin, the controller activates the helium refrigerating mechanism 16 with the heater 17 stopped after the vacuum level reaches the set vacuum level. Let When the refrigeration mechanism 16 is activated, helium gas (refrigerant) is supplied from the helium gas relay box 51 to the helium refrigerator 46, and the helium gas is helium refrigerator 46 → outward pipe 47 → first cooling stage 48 → return pipe 49 (first pipe). 2 Cooling stage 50) circulates in the order of refrigerator 46. The controller measures the flow rate of the helium gas flowing in the forward pipe 47 based on the flow rate output from the flow meter, and keeps the flow rate of the helium gas sent from the refrigerator 46 substantially constant.

往管47を流動したヘリウムガスは往管47から第1冷却ステージ48に流入し、第1冷却ステージ48がその内部に流動するヘリウムガスによって極低温に冷却される。第1冷却ステージ48を流動したヘリウムガスは還管49に流入した後、還管49から第2冷却ステージ50に流入し、第2冷却ステージ50がその内部に流動するヘリウムガスによって極低温に冷却される。   The helium gas flowing through the outgoing pipe 47 flows into the first cooling stage 48 from the outgoing pipe 47, and the first cooling stage 48 is cooled to a cryogenic temperature by the helium gas flowing inside. The helium gas that has flowed through the first cooling stage 48 flows into the return pipe 49, then flows into the second cooling stage 50 from the return pipe 49, and the second cooling stage 50 is cooled to a cryogenic temperature by the helium gas flowing into the inside. Is done.

極低温に冷却された第1冷却ステージ48に当接(密着)する測定ステージ13の当接プレート37に第1冷却ステージ48の冷熱が伝わり、当接プレート37が極低温に冷却される。冷熱が当接プレート37から中間プレート36に伝わるとともに中間プレート36から試料設置プレート35に伝わることで、測定ステージ13全体が極低温に冷却される。さらに、冷熱が試料設置プレート35に固定された測定試料20に伝わり、試料20が極低温に冷却される。   The cold heat of the first cooling stage 48 is transmitted to the contact plate 37 of the measurement stage 13 that contacts (contacts) the first cooling stage 48 cooled to a very low temperature, and the contact plate 37 is cooled to a very low temperature. The cooling heat is transmitted from the contact plate 37 to the intermediate plate 36 and from the intermediate plate 36 to the sample setting plate 35, whereby the entire measurement stage 13 is cooled to a very low temperature. Furthermore, cold heat is transmitted to the measurement sample 20 fixed to the sample setting plate 35, and the sample 20 is cooled to a very low temperature.

極低温に冷却された第2冷却ステージ50に接続されたシールドカバー14の後端部40に第2冷却ステージ50の冷熱が伝わり、シールドカバー14の後端部40が極低温に冷却される。冷熱が後端部40から中間部39に伝わるとともに中間部39から前端部38に伝わることで、シールドカバー14全体が極低温に冷却される。さらに、冷熱がシールドカバー14の前端部38から試料設置プレート13の周縁部41近傍に伝わる。試料設置プレート13の周縁部41から伝わる熱によって極低温に冷却されたプレート13の温度が上昇する場合があるが、プレート13の周縁部41近傍がシールドカバー14の前端部38によって冷却されるから、プレート13の温度上昇が防止され、プレート13の温度が略一定の極低温に保持されるとともに、試料20の温度が略一定の極低温に保持される。   Cold heat of the second cooling stage 50 is transmitted to the rear end portion 40 of the shield cover 14 connected to the second cooling stage 50 cooled to an extremely low temperature, and the rear end portion 40 of the shield cover 14 is cooled to an extremely low temperature. The cooling heat is transmitted from the rear end portion 40 to the intermediate portion 39 and also transmitted from the intermediate portion 39 to the front end portion 38, whereby the entire shield cover 14 is cooled to an extremely low temperature. Further, cold heat is transmitted from the front end portion 38 of the shield cover 14 to the vicinity of the peripheral edge portion 41 of the sample setting plate 13. Although the temperature of the plate 13 cooled to an extremely low temperature may increase due to heat transmitted from the peripheral edge portion 41 of the sample setting plate 13, the vicinity of the peripheral edge portion 41 of the plate 13 is cooled by the front end portion 38 of the shield cover 14. The temperature rise of the plate 13 is prevented, the temperature of the plate 13 is kept at a substantially constant cryogenic temperature, and the temperature of the sample 20 is kept at a substantially constant cryogenic temperature.

極低温に冷却された固定座42(シールドカバー14の前端部38)に接続された圧着端子76に固定座42の冷熱が伝わるとともに圧着端子77から熱伝達フレキシブルワイヤー57に伝わった後、冷熱がワイヤー57から圧着端子76に伝わる。さらに、冷熱が圧着端子76からプローブガイド54に伝わり、ガイド54から探針53に伝わることで、探針53全体が極低温に冷却される。測定試料20に当接する探針53の先端58が常温の場合、その温度によって極低温に冷却された試料20の温度が上昇する場合があるが、探針53の先端58が熱伝達フレキシブルワイヤー57から伝わった冷熱によって極低温に冷却されるから、試料20の温度上昇が防止され、試料20の温度が略一定の極低温に保持される。コントローラは、温度センサから出力された温度が設定温度に達した場合、その温度を保持するように、ヘリウムガスの流量を保持する。   After the cold heat of the fixed seat 42 is transmitted to the crimp terminal 76 connected to the fixed seat 42 (the front end portion 38 of the shield cover 14) cooled to an extremely low temperature, and after being transmitted from the crimp terminal 77 to the heat transfer flexible wire 57, the cold heat is transmitted. It is transmitted from the wire 57 to the crimp terminal 76. Further, cold heat is transmitted from the crimp terminal 76 to the probe guide 54 and from the guide 54 to the probe 53, whereby the entire probe 53 is cooled to a very low temperature. When the tip 58 of the probe 53 in contact with the measurement sample 20 is at room temperature, the temperature of the sample 20 cooled to an extremely low temperature may increase due to the temperature, but the tip 58 of the probe 53 may be heated by the heat transfer flexible wire 57. Therefore, the temperature of the sample 20 is prevented from rising, and the temperature of the sample 20 is kept at a substantially constant cryogenic temperature. When the temperature output from the temperature sensor reaches the set temperature, the controller holds the flow rate of helium gas so as to hold the temperature.

真空チャンバー11の真空度が設定真空度(たとえば、1×10−2〜1×10−13Paの真空または超真空)に達し、測定試料20の温度が設定温度(10〜6ケルビン)に達した場合、コントローラは、四端子測定用プローブ18a,18dの探針53から測定試料20に設定電流値の電流を設定通電時間の間通電し、設定電圧値の電圧を設定通電時間の間印可するとともに、プローブ18b,18cによって試料20の電圧を測定する。コントローラは、測定試料20に流した電流および測定した電圧から四端針法(四端子法)による試料20の単位体積当たりの抵抗値(体積抵抗率[Ω・cm])を算出する。コントローラは、算出した抵抗値を測定試料20の識別子および測定日時に関連付けた状態でハードディスクに格納するとともに、抵抗値算出時の設定真空度、設定温度、設定電流値、設定電圧値、設定通電時間、試料名称、試料番号、測定者名を試料20の識別子および測定日時に関連付けた状態でハードディスクに格納する。 The degree of vacuum of the vacuum chamber 11 reaches a set degree of vacuum (for example, a vacuum of 1 × 10 −2 to 1 × 10 −13 Pa or ultra vacuum), and the temperature of the measurement sample 20 reaches a set temperature (10 to 6 Kelvin). In this case, the controller energizes the measurement sample 20 from the probe 53 of the four-terminal measurement probes 18a and 18d to the measurement sample 20 for the set energization time, and applies the voltage of the set voltage value for the set energization time. At the same time, the voltage of the sample 20 is measured by the probes 18b and 18c. The controller calculates the resistance value (volume resistivity [Ω · cm]) per unit volume of the sample 20 by the four-end needle method (four-terminal method) from the current passed through the measurement sample 20 and the measured voltage. The controller stores the calculated resistance value in the hard disk in a state associated with the identifier of the measurement sample 20 and the measurement date and time, and sets the degree of vacuum, the set temperature, the set current value, the set voltage value, and the set energization time when calculating the resistance value. The sample name, sample number, and measurer name are stored in the hard disk in a state associated with the identifier of the sample 20 and the measurement date and time.

コントローラは、抵抗値を算出した後、測定結果画面(図示せず)をディスプレイに表示する。測定結果画面には、測定日時を表示した日時表示エリア、測定試料の名称を表示した試料名称表示エリア、試料の番号を表示した試料番号表示エリア、測定者名を表示した測定者名表示エリア、算出した抵抗値を表示した抵抗値表示エリア、設定真空度を表示した設定真空度表示エリア、設定温度を表示した設定温度表示エリア、設定電流値を表示した設定電流値表示エリア、設定電圧値を表示した設定電圧値表示エリア、設定通電時間を表示した設定通電時間表示エリアが表示されるとともに、測定継続ボタン、測定終了ボタン、プリントボタンが表示される。プリントボタンをクリックすると、測定結果画面に表示された各項目がプリンタによってプリントされる。   After calculating the resistance value, the controller displays a measurement result screen (not shown) on the display. The measurement result screen includes a date and time display area that displays the measurement date, a sample name display area that displays the name of the measurement sample, a sample number display area that displays the sample number, a measurer name display area that displays the measurer name, The resistance value display area that displays the calculated resistance value, the setting vacuum level display area that displays the set vacuum level, the set temperature display area that displays the set temperature, the set current value display area that displays the set current value, and the set voltage value A displayed set voltage value display area, a set energization time display area indicating the set energization time, and a measurement continuation button, a measurement end button, and a print button are displayed. When the print button is clicked, each item displayed on the measurement result screen is printed by the printer.

測定継続ボタンをクリックすると、コントローラは、初期画面をディスプレイに表示する。測定の継続によって試料20の抵抗値を既述の手順で再度測定することができる。他の種類の測定試料20の抵抗値を測定する場合、または、測定を終了する場合、測定終了ボタンをクリックする。測定終了ボタンをクリックすると、コントローラは、終了確認ボタン、測定継続ボタン、戻るボタンをディスプレイに表示する。戻るボタンをクリックすると、測定結果画面がディスプレイに表示される。   When the measurement continuation button is clicked, the controller displays an initial screen on the display. By continuing the measurement, the resistance value of the sample 20 can be measured again by the procedure described above. When measuring the resistance value of another type of measurement sample 20 or when ending the measurement, the measurement end button is clicked. When the measurement end button is clicked, the controller displays an end confirmation button, a measurement continuation button, and a return button on the display. Clicking the back button displays the measurement result screen on the display.

終了確認ボタンをクリックすると、コントローラは、ヘリウム冷凍機構16を停止させるとともに、真空排気機構15を停止させる。コントローラは、それら機構15,16が停止し、測定ステージ13が常温になり、真空チャンバー11の内部空間24が大気圧に戻った場合、試料設置OKメッセージ、ONスイッチ、OFFスイッチをディスプレイに表示する。測定者は、新たな測定試料20の抵抗値を測定する場合、試料設置プレート35の試料設置箇所から測定済みの試料20を取り外し、新たな試料20を試料設置箇所に設置した後、ONスイッチをクリックする。ONスイッチをクリックすると、ディスプレイに初期画面が表示され、既述の手順で新たな試料20の抵抗値を測定する。OFFボタンをクリックすると、装置10が停止し、コントローラがOFFになる。   When the end confirmation button is clicked, the controller stops the helium refrigeration mechanism 16 and the vacuum exhaust mechanism 15. When the mechanisms 15 and 16 are stopped, the measurement stage 13 is at room temperature, and the internal space 24 of the vacuum chamber 11 is returned to atmospheric pressure, the controller displays a sample installation OK message, an ON switch, and an OFF switch on the display. . When the measurer measures the resistance value of the new measurement sample 20, he removes the measured sample 20 from the sample installation location of the sample installation plate 35, installs the new sample 20 at the sample installation location, and then turns on the ON switch. click. When the ON switch is clicked, an initial screen is displayed on the display, and the resistance value of a new sample 20 is measured by the procedure described above. When the OFF button is clicked, the apparatus 10 stops and the controller is turned off.

四端子抵抗測定装置10(四端子抵抗測定システム)は、第2冷却ステージ50の冷熱がシールドカバー14を介して熱伝達フレキシブルワイヤー57に伝わり、プローブガイド54に伝わったワイヤー57の冷熱によってプローブガイド54とともに探針53の温度を極低温に低下させることができるから、探針53の温度をシールドカバー14のそれと略同一の極低温に低下させることができる。四端子抵抗測定装置10は、測定ステージ13に据え付けられた測定試料20にプローブ18a〜18dの探針53が当接したとしても、探針53の熱によって極低温に冷却された試料20の温度が上昇することはなく、試料20の温度を所定の極低温に保持した状態で、その試料20の抵抗値を測定することができ、極低温における信頼性の高い抵抗値を測定することができる。   The four-terminal resistance measuring apparatus 10 (four-terminal resistance measuring system) transmits the cold heat of the second cooling stage 50 to the heat transfer flexible wire 57 through the shield cover 14 and the probe guide by the cold heat of the wire 57 transferred to the probe guide 54. Since the temperature of the probe 53 can be lowered to a very low temperature together with 54, the temperature of the probe 53 can be lowered to a cryogenic temperature substantially the same as that of the shield cover 14. Even if the probe 53 of the probes 18a to 18d comes into contact with the measurement sample 20 installed on the measurement stage 13, the four-terminal resistance measurement device 10 is the temperature of the sample 20 cooled to an extremely low temperature by the heat of the probe 53. The resistance value of the sample 20 can be measured in a state where the temperature of the sample 20 is maintained at a predetermined extremely low temperature, and a highly reliable resistance value at a very low temperature can be measured. .

四端子抵抗測定装置10は、熱伝達絶縁プレート61(サファイヤ)と絶縁スペーサー63(窒化アルミ)との介在下にワイヤー57の先端部74に取り付けられた圧着端子76がプローブガイド54に固定されているから、四端子測定用プローブ18a〜18dとワイヤー57とを確実に絶縁することができる。四端子抵抗測定装置10は、ワイヤー57がプローブガイド54に電気的に接続されることはなく、電流がワイヤー57を通じてグラウンドに落ちることはないから、探針53から測定試料20に確実に電流を流すことができ、試料20の極低温における正確な抵抗値を測定することができる。   In the four-terminal resistance measuring apparatus 10, a crimp terminal 76 attached to a tip portion 74 of a wire 57 is fixed to a probe guide 54 under the intervention of a heat transfer insulating plate 61 (sapphire) and an insulating spacer 63 (aluminum nitride). Therefore, the four-terminal measurement probes 18a to 18d and the wire 57 can be reliably insulated. In the four-terminal resistance measurement device 10, the wire 57 is not electrically connected to the probe guide 54, and the current does not fall to the ground through the wire 57, so that the current is reliably supplied from the probe 53 to the measurement sample 20. The resistance value of the sample 20 at an extremely low temperature can be measured.

測定試料20の設定温度がたとえば−20〜−100℃の低温に設定されている場合、真空度が設定真空度に達した後、コントローラは、ヘリウム冷凍機構16を起動させるとともに、ヒーター17を起動させる。冷凍機構16が起動すると、ヘリウムガス(冷媒)がヘリウムガス中継ボックス51からヘリウム冷凍機46に供給され、ヘリウムガスがヘリウム冷凍機46→往管47→第1冷却ステージ48→還管49(第2冷却ステージ50)→冷凍機46の順で循環する。コントローラは、流量計から出力された流量に基づいて往管を流動するヘリウムガスの流量を計測し、冷凍機46から送出されるヘリウムガスの流量を略一定に保持する。ヒーター17が起動すると、ヒーター17の高温が試料設置プレート35に伝わってプレート36が加熱されるとともに、プレート36の温熱がプレート36近傍からシールドカバー14の前端部38(固定座42)に伝わって前端部38(固定座42)の温度が上昇する。   When the set temperature of the measurement sample 20 is set to a low temperature of, for example, −20 to −100 ° C., after the degree of vacuum reaches the set degree of vacuum, the controller starts the helium refrigeration mechanism 16 and starts the heater 17. Let When the refrigeration mechanism 16 is activated, helium gas (refrigerant) is supplied from the helium gas relay box 51 to the helium refrigerator 46, and the helium gas is helium refrigerator 46 → outward pipe 47 → first cooling stage 48 → return pipe 49 (first pipe). 2 Cooling stage 50) circulates in the order of refrigerator 46. The controller measures the flow rate of helium gas flowing in the outgoing pipe based on the flow rate output from the flow meter, and keeps the flow rate of helium gas sent from the refrigerator 46 substantially constant. When the heater 17 is activated, the high temperature of the heater 17 is transmitted to the sample setting plate 35 and the plate 36 is heated, and the heat of the plate 36 is transmitted from the vicinity of the plate 36 to the front end portion 38 (fixed seat 42) of the shield cover 14. The temperature of the front end portion 38 (fixed seat 42) rises.

測定試料20の設定温度が極低温に設定された場合と同様に、冷熱によって試料20が冷却されるが、ヒーター17が起動することで、試料設置プレート35が加熱されるとともにシールドカバー14の前端部38(固定座42)の温度が上昇する。冷凍機構16による冷却とヒーター17による加熱とによってシールドカバー38の前端部38が所定の低温になると、その冷熱が前端部38(固定座42)から圧着端子77に伝わるとともに圧着端子77から熱伝達フレキシブルワイヤー57に伝わった後、ワイヤー57から圧着端子76に伝わる。さらに、冷熱が圧着端子76からプローブガイド54に伝わり、ガイド54から探針53に伝わることで、探針53全体が低温に冷却される。   Similarly to the case where the set temperature of the measurement sample 20 is set to an extremely low temperature, the sample 20 is cooled by cold heat, but when the heater 17 is started, the sample setting plate 35 is heated and the front end of the shield cover 14 is heated. The temperature of the part 38 (fixed seat 42) rises. When the front end portion 38 of the shield cover 38 reaches a predetermined low temperature due to cooling by the refrigeration mechanism 16 and heating by the heater 17, the cold heat is transmitted from the front end portion 38 (fixed seat 42) to the crimp terminal 77 and heat is transmitted from the crimp terminal 77. After being transmitted to the flexible wire 57, it is transmitted from the wire 57 to the crimp terminal 76. Furthermore, cold heat is transmitted from the crimp terminal 76 to the probe guide 54 and from the guide 54 to the probe 53, whereby the entire probe 53 is cooled to a low temperature.

なお、試料設置プレート35の周縁部42から伝わる熱によって低温に冷却されたプレート35の温度が上昇する場合があるが、プレート35の周縁部42近傍がシールドカバー14の前端部38によって冷却されるから、プレート35の周縁部42の温度上昇が防止され、プレート35の温度が略一定の低温に保持されるとともに、試料20の温度が略一定の低温に保持される。また、測定試料20に当接する探針35が常温の場合、その温度によって低温に冷却された試料20の温度が上昇する場合があるが、探針35の先端58が熱伝達フレキシブルワイヤー57から伝わった冷熱によって冷却されるから、試料20の温度上昇が防止され、試料20の温度が略一定の低温に保持される。コントローラは、温度センサから出力された温度が設定温度に達した場合、その温度を保持するように、ヘリウムガスの流量を保持するとともに、ヒーター17の出力を調節する。   Although the temperature of the plate 35 cooled to a low temperature may increase due to heat transmitted from the peripheral portion 42 of the sample setting plate 35, the vicinity of the peripheral portion 42 of the plate 35 is cooled by the front end portion 38 of the shield cover 14. Therefore, the temperature rise of the peripheral portion 42 of the plate 35 is prevented, the temperature of the plate 35 is kept at a substantially constant low temperature, and the temperature of the sample 20 is kept at a substantially constant low temperature. Further, when the probe 35 in contact with the measurement sample 20 is at room temperature, the temperature of the sample 20 cooled to a low temperature may increase due to the temperature, but the tip 58 of the probe 35 is transmitted from the heat transfer flexible wire 57. Therefore, the temperature of the sample 20 is prevented from rising, and the temperature of the sample 20 is kept at a substantially constant low temperature. When the temperature output from the temperature sensor reaches the set temperature, the controller maintains the flow rate of helium gas and adjusts the output of the heater 17 so as to maintain the temperature.

真空チャンバー11の真空度が設定真空度(1×10−2〜1×10−13Paの真空または超真空)に達し、測定試料20の温度が設定温度(−20〜−100℃)に達した場合、コントローラは、四端子測定用プローブ18a,18dの探針53から試料20に設定電流値の電流を設定通電時間の間通電し、設定電圧値の電圧を設定通電時間の間印可するとともに、プローブ18b,18cによって試料20の電圧を測定する。コントローラは、測定試料20に流した電流および測定した電圧から四端針法(四端子法)による試料20の単位体積当たりの抵抗値(体積抵抗率[Ω・cm])を算出する。コントローラは、算出した抵抗値を測定試料20の識別子および測定日時に関連付けた状態でハードディスクに格納するとともに、抵抗値算出時の設定真空度、設定温度、設定電流値、設定電圧値、設定通電時間、試料名称、試料番号、測定者名を試料20の識別子および測定日時に関連付けた状態でハードディスクに格納する。なお、設定温度が低温に設定された場合の測定試料20の測定手順は、設定温度が極低温に設定された場合の試料20のそれと同一である。 The degree of vacuum of the vacuum chamber 11 reaches the set degree of vacuum (1 × 10 −2 to 1 × 10 −13 Pa vacuum or ultra vacuum), and the temperature of the measurement sample 20 reaches the set temperature (−20 to −100 ° C.). In this case, the controller energizes the sample 20 from the probe 53 of the four-terminal measuring probes 18a and 18d to the sample 20 for the set energization time and applies the set voltage value voltage for the set energization time. The voltage of the sample 20 is measured by the probes 18b and 18c. The controller calculates the resistance value (volume resistivity [Ω · cm]) per unit volume of the sample 20 by the four-end needle method (four-terminal method) from the current passed through the measurement sample 20 and the measured voltage. The controller stores the calculated resistance value in the hard disk in a state associated with the identifier of the measurement sample 20 and the measurement date and time, and sets the degree of vacuum, the set temperature, the set current value, the set voltage value, and the set energization time when calculating the resistance value. The sample name, sample number, and measurer name are stored in the hard disk in a state associated with the identifier of the sample 20 and the measurement date and time. The measurement procedure of the measurement sample 20 when the set temperature is set to a low temperature is the same as that of the sample 20 when the set temperature is set to a very low temperature.

四端子抵抗測定装置10(四端子抵抗測定システム)は、冷凍機構16による冷却とヒーター17による加熱とによってシールドカバー14の前端部38(固定座42)が低温になり、その低温時の冷熱がシールドカバー14を介して熱伝達フレキシブルワイヤー57に伝わり、プローブガイド54に伝わったワイヤー57の冷熱によってガイド54とともに探針53の温度を低温に低下させることができるから、探針53の温度をシールドカバー14のそれと略同一の低温に低下させることができる。四端子抵抗測定装置10は、測定ステージ13に据え付けられた測定試料20にプローブ18a〜18dの探針53が当接したとしても、探針53の熱によって低温に冷却された試料20の温度が上昇することはなく、試料20の温度を所定の低温に保持した状態で、その試料20の抵抗値を測定することができ、低温における信頼性の高い抵抗値を測定することができる。四端子抵抗測定装置10は、ワイヤー57がプローブガイド54に電気的に接続されることはなく、電流がワイヤー57を通じてグラウンドに落ちることはないから、探針53から測定試料20に確実に電流を流すことができ、試料20の低温における正確な抵抗値を測定することができる。   In the four-terminal resistance measurement device 10 (four-terminal resistance measurement system), the front end portion 38 (fixed seat 42) of the shield cover 14 is cooled by cooling by the refrigeration mechanism 16 and heating by the heater 17, and the cold heat at the low temperature is reduced. The temperature of the probe 53 can be lowered to the low temperature together with the guide 54 by the cold heat of the wire 57 transmitted to the heat transfer flexible wire 57 via the shield cover 14 and transmitted to the probe guide 54. The temperature can be lowered to substantially the same low temperature as that of the cover 14. Even if the probe 53 of the probes 18a to 18d comes into contact with the measurement sample 20 installed on the measurement stage 13, the four-terminal resistance measurement apparatus 10 maintains the temperature of the sample 20 cooled to a low temperature by the heat of the probe 53. The resistance value of the sample 20 can be measured in a state where the temperature of the sample 20 is kept at a predetermined low temperature without increasing, and a highly reliable resistance value at a low temperature can be measured. In the four-terminal resistance measurement device 10, the wire 57 is not electrically connected to the probe guide 54, and the current does not fall to the ground through the wire 57, so that the current is reliably supplied from the probe 53 to the measurement sample 20. The accurate resistance value of the sample 20 at a low temperature can be measured.

測定試料20の設定温度がたとえば100〜200℃の高温に設定されている場合、真空度が設定真空度に達した後、コントローラは、ヘリウム冷凍機構16を停止させたまま、ヒーター17を起動させる。ヒーター17が起動すると、ヒーター17の高温が試料設置プレート35に伝わってプレート35が加熱されるとともに、プレート35の周縁部42近傍からシールドカバー14の前端部38(固定座42)に伝わって前端部38(固定座42)の温度が上昇する。ヒーター17による加熱によってシールドカバー14の前端部38の温度が上昇すると、その温熱が前端部38(固定座42)から圧着端子77に伝わるとともに圧着端子77から熱伝達フレキシブルワイヤー57に伝わった後、ワイヤー57から圧着端子76に伝わる。さらに、温熱が圧着端子76からプローブガイド54に伝わり、ガイド54から探針53に伝わることで、探針53全体の温度が上昇する。   When the set temperature of the measurement sample 20 is set to a high temperature of, for example, 100 to 200 ° C., after the vacuum degree reaches the set vacuum degree, the controller starts the heater 17 while the helium refrigeration mechanism 16 is stopped. . When the heater 17 is activated, the high temperature of the heater 17 is transmitted to the sample setting plate 35 to heat the plate 35, and from the vicinity of the peripheral portion 42 of the plate 35 to the front end 38 (fixed seat 42) of the shield cover 14. The temperature of the part 38 (fixed seat 42) rises. When the temperature of the front end portion 38 of the shield cover 14 is increased by heating by the heater 17, the heat is transmitted from the front end portion 38 (fixed seat 42) to the crimp terminal 77 and from the crimp terminal 77 to the heat transfer flexible wire 57. It is transmitted from the wire 57 to the crimp terminal 76. Further, the heat is transmitted from the crimp terminal 76 to the probe guide 54 and from the guide 54 to the probe 53, so that the temperature of the entire probe 53 rises.

測定試料20に当接する探針53が常温の場合、その温度によって高温に加熱された試料20の温度が下降する場合があるが、探針53の先端58の温度が熱伝達フレキシブルワイヤー57から伝わった温熱によって上昇するから、試料20の温度下降が防止され、試料20の温度が略一定の高温に保持される。コントローラは、温度センサから出力された温度が設定温度に達した場合、その温度を保持するように、ヒーター17の出力を調節する。   When the probe 53 in contact with the measurement sample 20 is at room temperature, the temperature of the sample 20 heated to a high temperature may drop due to the temperature, but the temperature of the tip 58 of the probe 53 is transmitted from the heat transfer flexible wire 57. Therefore, the temperature of the sample 20 is prevented from decreasing, and the temperature of the sample 20 is kept at a substantially constant high temperature. When the temperature output from the temperature sensor reaches the set temperature, the controller adjusts the output of the heater 17 so as to maintain the temperature.

真空チャンバー11の真空度が設定真空度(1×10−21×10−13Paの真空または超真空)に達し、測定試料20の温度が設定温度(100〜200℃)に達した場合、コントローラは、四端子測定用プローブ18a,18dの探針53から測定試料20に設定電流値の電流を設定通電時間の間通電し、設定電圧値の電圧を設定通電時間の間印可するとともに、プローブ18b,18cによって試料20の電圧を測定する。コントローラは、測定試料20に流した電流および測定した電圧から四端針法(四端子法)による試料20の単位体積当たりの抵抗値(体積抵抗率[Ω・cm])を算出する。コントローラは、算出した抵抗値を測定試料20の識別子および測定日時に関連付けた状態でハードディスクに格納するとともに、抵抗値算出時の設定真空度、設定温度、設定電流値、設定電圧値、設定通電時間、試料名称、試料番号、測定者名を試料20の識別子および測定日時に関連付けた状態でハードディスクに格納する。なお、設定温度が高温に設定された場合の測定試料20の測定手順は、設定温度が極低温に設定された場合の試料20のそれと同一である。 When the vacuum degree of the vacuum chamber 11 reaches the set vacuum degree (1 × 10 −2 1 × 10 −13 Pa vacuum or ultra-vacuum) and the temperature of the measurement sample 20 reaches the set temperature (100 to 200 ° C.), The controller energizes the measurement sample 20 from the probe 53 of the four-terminal measurement probes 18a and 18d to the measurement sample 20 for the set energization time, applies the set voltage value for the set energization time, and the probe. The voltage of the sample 20 is measured by 18b and 18c. The controller calculates the resistance value (volume resistivity [Ω · cm]) per unit volume of the sample 20 by the four-end needle method (four-terminal method) from the current passed through the measurement sample 20 and the measured voltage. The controller stores the calculated resistance value in the hard disk in a state associated with the identifier of the measurement sample 20 and the measurement date and time, and sets the degree of vacuum, the set temperature, the set current value, the set voltage value, and the set energization time when calculating the resistance value. The sample name, sample number, and measurer name are stored in the hard disk in a state associated with the identifier of the sample 20 and the measurement date and time. Note that the measurement procedure of the measurement sample 20 when the set temperature is set to a high temperature is the same as that of the sample 20 when the set temperature is set to a very low temperature.

四端子抵抗測定装置10(四端子抵抗測定システム)は、ヒーター17による加熱によってシールドカバー14の前端部38(固定座42)の温度が上昇し、その温熱がシールドカバー14を介して熱伝達フレキシブルワイヤー57に伝わり、プローブガイド54に伝わったワイヤー57の温熱によってガイド54とともに探針53の温度を上昇させることができる。四端子抵抗測定装置10は、測定ステージ13に据え付けられた測定試料20にプローブ18a〜18dの探針53が当接したとしても、探針53の熱によって高温に加熱された試料20の温度が下降することはなく、試料20の温度を所定の高温に保持した状態で、その試料20の抵抗値を測定することができ、高温における信頼性の高い抵抗値を測定することができる。四端子抵抗測定装置10は、ワイヤー57がプローブガイド54に電気的に接続されることはなく、電流がワイヤー57を通じてグラウンドに落ちることはないから、探針53から測定試料20に確実に電流を流すことができ、試料20の高温における正確な抵抗値を測定することができる。   In the four-terminal resistance measurement device 10 (four-terminal resistance measurement system), the temperature of the front end portion 38 (fixed seat 42) of the shield cover 14 rises due to heating by the heater 17, and the heat is flexibly transferred through the shield cover 14. The temperature of the probe 53 can be raised together with the guide 54 by the heat of the wire 57 transmitted to the wire 57 and transmitted to the probe guide 54. Even if the probe 53 of the probes 18a to 18d comes into contact with the measurement sample 20 installed on the measurement stage 13, the four-terminal resistance measurement apparatus 10 maintains the temperature of the sample 20 heated to a high temperature by the heat of the probe 53. Without falling, the resistance value of the sample 20 can be measured in a state where the temperature of the sample 20 is maintained at a predetermined high temperature, and a highly reliable resistance value at a high temperature can be measured. In the four-terminal resistance measurement device 10, the wire 57 is not electrically connected to the probe guide 54, and the current does not fall to the ground through the wire 57, so that the current is reliably supplied from the probe 53 to the measurement sample 20. Therefore, it is possible to measure an accurate resistance value of the sample 20 at a high temperature.

四端子抵抗測定装置10(四端子抵抗測定システム)は、冷凍機構16およびヒーター17を利用することで、測定ステージ13やプローブ18a〜18dの探針53の温度を高温と低温(極低温)との間で変化させることができから、それによって測定試料20の温度を抵抗測定時における試料20の最適なそれにすることができ、試料20の温度を最適なそれに保持した状態で、試料20の抵抗値を測定することができる。四端子抵抗測定装置10は、測定ステージ13やプローブ18a〜18dの探針53の温度を変化させることで、各温度毎における試料20の抵抗値を測定することができるから、温度変化による試料20の抵抗値の変化を測定することができる。四端子抵抗測定装置10は、測定ステージ13の温度が高温と低温(極低温)との間で変化したとしても、探針53の温度も測定ステージ13のそれにあわせて高温と低温(極低温)との間で変化するから、探針53が試料20に当接した場合の試料20の温度変化を防ぐことができ、試料20の所定温度における正確な抵抗値を測定することができる。   The four-terminal resistance measurement apparatus 10 (four-terminal resistance measurement system) uses the refrigeration mechanism 16 and the heater 17 to change the temperature of the probe 53 of the measurement stage 13 and the probes 18a to 18d between high and low temperatures (very low temperature). Thus, the temperature of the measurement sample 20 can be made optimal for that of the sample 20 during resistance measurement, and the resistance of the sample 20 can be maintained while maintaining the temperature of the sample 20 to be optimal. The value can be measured. Since the four-terminal resistance measurement apparatus 10 can measure the resistance value of the sample 20 at each temperature by changing the temperature of the probe 53 of the measurement stage 13 or the probes 18a to 18d, the sample 20 due to temperature change. It is possible to measure the change in resistance value. In the four-terminal resistance measurement device 10, even if the temperature of the measurement stage 13 changes between a high temperature and a low temperature (very low temperature), the temperature of the probe 53 is also high and low (very low temperature) in accordance with that of the measurement stage 13. Therefore, the temperature change of the sample 20 when the probe 53 comes into contact with the sample 20 can be prevented, and the accurate resistance value of the sample 20 at a predetermined temperature can be measured.

10 四端子抵抗測定装置
11 真空チャンバー
12 真空容器
13 測定ステージ
14 シールドカバー
15 真空排気機構(真空排気装置)
16 ヘリウム冷凍機構(冷凍装置)
17 ヒーター(加熱装置)
18a〜18d 四端子測定用プローブ
20 測定試料
24 内部空間
31 X−Y−Zステージ
35 試料設置プレート
36 中間プレート
37 当接プレート
38 前端部
39 中間部
40 後端部
41 周縁部
42 固定座
43 ターボ分子ポンプ
44 粗引きポンプ
46 冷凍機
47 往管
48 第1冷却ステージ
49 還管
50 第2冷却ステージ
53 探針
54 プローブガイド
55 板バネ
56 シャフト
57 熱伝達フレキシブルワイヤー
59 後端
60 一面
61 熱伝達絶縁プレート
62 上面
63 絶縁スペーサー
64 後端部
65 ガイドブロック
66 ビス
71 止め座
72 円筒
74 先端部
75 基端部
76 圧着端子
77 圧着端子
79 ビス
80 一面
81 一面
82 内周面
83 外周面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Four-terminal resistance measuring apparatus 11 Vacuum chamber 12 Vacuum container 13 Measurement stage 14 Shield cover 15 Vacuum exhaust mechanism (vacuum exhaust apparatus)
16 Helium refrigeration mechanism (refrigeration equipment)
17 Heater (heating device)
18a to 18d Four-terminal measurement probe 20 Measurement sample 24 Internal space 31 XYZ stage 35 Sample installation plate 36 Intermediate plate 37 Contact plate 38 Front end portion 39 Intermediate portion 40 Rear end portion 41 Peripheral portion 42 Fixed seat 43 Turbo Molecular pump 44 Roughing pump 46 Refrigerator 47 Outward pipe 48 First cooling stage 49 Return pipe 50 Second cooling stage 53 Probe 54 Probe guide 55 Leaf spring 56 Shaft 57 Heat transfer flexible wire 59 Rear end 60 One side 61 Heat transfer insulation Plate 62 Upper surface 63 Insulating spacer 64 Rear end portion 65 Guide block 66 Screw 71 Locking seat 72 Cylinder 74 Tip portion 75 Base end portion 76 Crimp terminal 77 Crimp terminal 79 Screw 80 One surface 81 One surface 82 Inner peripheral surface 83 Outer peripheral surface

Claims (12)

測定試料を着脱可能な測定ステージが設置された真空チャンバーと、前記真空チャンバーに連結された真空排気装置および冷凍装置と、前記真空チャンバーに設置された四端子測定用プローブとを有し、前記冷凍装置が、所定の冷媒を一方向へ向かって流出させる往管と、前記往管の延出端部に設置されて前記冷媒によって所定温度に冷却され、その冷熱を前記測定ステージに伝える第1冷却ステージと、前記第1冷却ステージにつながって前記冷媒を冷凍装置に流入させる還管と、前記還管に設置されて前記冷媒によって所定温度に冷却され、その冷熱を前記測定ステージに伝える第2冷却ステージとを備え、前記真空チャンバーの真空状態を維持しつつ前記試料の抵抗値を測定する四端子抵抗測定装置において、
前記四端子抵抗測定装置が、前記測定ステージと前記第2冷却ステージとにつながって該測定ステージを取り囲み、前記第2冷却ステージの冷熱を前記測定ステージに伝えるシールドカバーを含み、前記第2冷却ステージの冷熱を前記四端子測定用プローブに伝える熱伝達フレキシブルワイヤーの先端部が、各四端子測定用プローブに絶縁下に接続され、前記熱伝達フレキシブルワイヤーの基端部が、前記シールドカバーに接続されていることを特徴とする四端子抵抗測定装置。
A vacuum chamber in which a measurement stage to which a measurement sample can be attached and detached is installed; a vacuum exhaust device and a freezing device connected to the vacuum chamber; and a four-terminal measurement probe installed in the vacuum chamber; An apparatus is provided with an outgoing pipe that causes a predetermined refrigerant to flow out in one direction, and a first cooling that is installed at an extended end of the outgoing pipe and is cooled to a predetermined temperature by the refrigerant, and transmits the cold to the measurement stage. A stage, a return pipe connected to the first cooling stage and allowing the refrigerant to flow into the refrigeration apparatus, and a second cooling unit installed in the return pipe and cooled to a predetermined temperature by the refrigerant and transferring the cold to the measurement stage A four-terminal resistance measurement device that measures the resistance value of the sample while maintaining the vacuum state of the vacuum chamber,
The four-terminal resistance measurement device includes a shield cover that is connected to the measurement stage and the second cooling stage to surround the measurement stage, and transmits the cooling heat of the second cooling stage to the measurement stage, and the second cooling stage The tip of the heat transfer flexible wire that transmits the cold heat to the four-terminal measurement probe is connected to each four-terminal measurement probe under insulation, and the base end of the heat transfer flexible wire is connected to the shield cover A four-terminal resistance measuring device.
前記測定ステージが、前記真空チャンバーの内部に位置して前記試料を設置する試料設置プレートと、前記冷凍装置の側に位置して前記第1冷却ステージに当接する当接プレートと、前記試料設置プレートと前記当接プレートとの間に延びる中間プレートとから形成され、前記シールドカバーが、前記試料設置プレートの周縁部を取り囲む前端部と、前記当接プレートを取り囲む後端部と、前記中間プレートを取り囲む中間部とを有し、前記熱伝達フレキシブルワイヤーの基端部が、前記シールドカバーの前端部に接続されている請求項1に記載の四端子抵抗測定装置。   The measurement stage is located inside the vacuum chamber and a sample setting plate for setting the sample, a contact plate positioned on the refrigeration apparatus side and in contact with the first cooling stage, and the sample setting plate And an intermediate plate extending between the contact plate, and the shield cover includes a front end portion that surrounds a peripheral portion of the sample setting plate, a rear end portion that surrounds the contact plate, and the intermediate plate. The four-terminal resistance measuring device according to claim 1, further comprising: an intermediate portion that surrounds, wherein a base end portion of the heat transfer flexible wire is connected to a front end portion of the shield cover. 前記四端子測定用プローブが、前記試料に当接する探針と、前記探針の後端に連結されたプローブガイドと、前記プローブガイドの後端部に連結された板バネと、前記板バネの後端部に連結されたシャフトとから形成され、前記熱伝達フレキシブルワイヤーが、その先端部に取り付けられた圧着端子によって前記プローブガイドに接続され、前記第2冷却ステージの冷熱を前記プローブガイドに伝えることで、前記探針を所定温度に低下させる請求項2に記載の四端子抵抗測定装置。   The four-terminal measurement probe includes a probe that contacts the sample, a probe guide connected to a rear end of the probe, a leaf spring connected to a rear end portion of the probe guide, and a leaf spring The heat transfer flexible wire is connected to the probe guide by a crimping terminal attached to the tip of the shaft and is connected to the probe guide, and transmits the cooling heat of the second cooling stage to the probe guide. The four-terminal resistance measuring device according to claim 2, wherein the probe is lowered to a predetermined temperature. 前記プローブガイドが、導電性金属から作られた六面体であり、その一面に当接する熱伝達絶縁プレートと、前記熱伝達絶縁プレートの一面に重なる絶縁スペーサーとを備え、前記プローブガイドでは、前記熱伝達フレキシブルワイヤーの先端部に取り付けられた圧着端子の一面が前記熱伝達絶縁プレートの一面に密着しつつ、前記圧着端子に形成された挿通孔の内周面が前記絶縁スペーサーの外周面に当接し、前記圧着端子が前記プローブガイドに対して絶縁された状態で、前記圧着端子と前記熱伝達絶縁プレートと前記絶縁スペーサーとが互いに圧着固定されている請求項3に記載の四端子抵抗測定装置。   The probe guide is a hexahedron made of a conductive metal, and includes a heat transfer insulating plate that abuts on one surface thereof, and an insulating spacer that overlaps one surface of the heat transfer insulating plate. While one surface of the crimp terminal attached to the tip of the flexible wire is in close contact with one surface of the heat transfer insulating plate, the inner peripheral surface of the insertion hole formed in the crimp terminal contacts the outer peripheral surface of the insulating spacer, The four-terminal resistance measuring device according to claim 3, wherein the crimp terminal, the heat transfer insulating plate, and the insulating spacer are crimped and fixed to each other in a state where the crimp terminal is insulated from the probe guide. 前記熱伝達絶縁プレートが、面研磨されたサファイヤから作られ、前記絶縁スペーサーが、窒化アルミから作られている請求項4に記載の四端子抵抗測定装置。   The four-terminal resistance measuring device according to claim 4, wherein the heat transfer insulating plate is made of surface-polished sapphire, and the insulating spacer is made of aluminum nitride. 前記四端子抵抗測定装置が、前記試料設置プレートを加熱する加熱装置を含み、前記熱伝達フレキシブルワイヤーが、前記試料設置プレートから伝わった熱によってその温度が上昇した前記シールドカバーの前端部の温熱を前記プローブガイドに伝えることで、前記探針を所定温度に上昇させる請求項3ないし請求項5に記載の四端子抵抗測定装置。   The four-terminal resistance measuring device includes a heating device that heats the sample setting plate, and the heat transfer flexible wire measures the heat at the front end of the shield cover, the temperature of which is increased by the heat transmitted from the sample setting plate. The four-terminal resistance measurement device according to claim 3, wherein the probe is raised to a predetermined temperature by being transmitted to the probe guide. 前記四端子抵抗測定装置が、前記冷凍装置と前記加熱装置とを利用することで、前記試料設置プレートの温度と前記探針の温度とをマイナス側に273.15〜6ケルビンの範囲で変更可能であり、前記試料設置プレートの温度をプラス側に273.15〜473.15ケルビンの範囲で変更可能である請求項6に記載の四端子抵抗測定装置。   By using the refrigeration apparatus and the heating apparatus, the four-terminal resistance measurement device can change the temperature of the sample setting plate and the temperature of the probe to the minus side in the range of 273.15 to 6 Kelvin. The four-terminal resistance measurement device according to claim 6, wherein the temperature of the sample setting plate can be changed in a range of 273.15 to 473.15 Kelvin on the plus side. 前記熱伝達フレキシブルワイヤーが、弾性変形可能な銅撚り線から作られ、前記熱伝達フレキシブルワイヤーの直径が、1〜1.5mmの範囲にあり、前記熱伝達フレキシブルワイヤーの長さが、5〜10cmの範囲にある請求項1ないし請求項7いずれかに記載の四端子抵抗測定装置。   The heat transfer flexible wire is made of an elastically deformable copper stranded wire, the diameter of the heat transfer flexible wire is in the range of 1 to 1.5 mm, and the length of the heat transfer flexible wire is 5 to 10 cm. The four-terminal resistance measuring device according to any one of claims 1 to 7 in the range of. 測定試料に当接しつつその試料に電流を流すとともにその試料の電圧を測定する探針を備え、真空チャンバーに設置される四端子測定用プローブにおいて、
前記四端子測定用プローブが、冷熱または温熱を前記探針に伝える弾性変形可能な熱伝達フレキシブルワイヤーと、前記探針の後端に連結されたプローブガイドと、前記プローブガイドの後端部に連結された板バネと、前記板バネの後端部に連結されたシャフトとを有し、前記熱伝達フレキシブルワイヤーの先端部が、該先端部に取り付けられた圧着端子によって前記プローブガイドに絶縁下に取り付けられ、前記熱伝達フレキシブルワイヤーの基端部が、前記真空チャンバーに連結された冷凍装置および加熱装置によって冷却または加熱された熱伝達媒体に取り付けられ、前記熱伝達媒体の冷熱を前記プローブガイドに伝えることで、前記探針を所定温度に低下させ、前記熱伝達媒体の温熱を前記プローブガイドに伝えることで、前記探針を所定温度に上昇させることを特徴とする四端子測定用プローブ。
In the four-terminal measurement probe installed in the vacuum chamber, equipped with a probe that measures the voltage of the sample while flowing current through the sample while contacting the measurement sample,
The probe for measuring the four terminals is connected to the rear end of the probe guide, the heat transfer flexible wire capable of elastically deforming to transmit cold or heat to the probe, the probe guide connected to the rear end of the probe, and And a shaft connected to a rear end portion of the plate spring, and a distal end portion of the heat transfer flexible wire is insulated from the probe guide by a crimp terminal attached to the distal end portion. The heat transfer flexible wire is attached to a heat transfer medium cooled or heated by a refrigeration apparatus and a heating apparatus connected to the vacuum chamber, and the cold heat of the heat transfer medium is transferred to the probe guide. By transmitting, the probe is lowered to a predetermined temperature, and the temperature of the heat transfer medium is transmitted to the probe guide, whereby the probe is Four-terminal measurement probe, characterized in that raising to a predetermined temperature.
前記プローブガイドが、導電性金属から作られた六面体であり、その一面に当接する熱伝達絶縁プレートと、前記熱伝達絶縁プレートの上面に重なる絶縁スペーサーとを備え、前記プローブガイドでは、前記熱伝達フレキシブルワイヤーの先端部に取り付けられた圧着端子の一面が前記熱伝達絶縁プレートの一面に密着しつつ、前記圧着端子に形成された挿通孔の内周面が前記絶縁スペーサーの外周面に当接し、前記圧着端子が前記プローブガイドに対して絶縁された状態で、前記圧着端子と前記熱伝達絶縁プレートと前記絶縁スペーサーとが互いに圧着固定されている請求項9に記載の四端子測定用プローブ。   The probe guide is a hexahedron made of a conductive metal, and includes a heat transfer insulating plate that abuts on one surface of the probe guide and an insulating spacer that overlaps the upper surface of the heat transfer insulating plate. While one surface of the crimp terminal attached to the tip of the flexible wire is in close contact with one surface of the heat transfer insulating plate, the inner peripheral surface of the insertion hole formed in the crimp terminal contacts the outer peripheral surface of the insulating spacer, The four-terminal measurement probe according to claim 9, wherein the crimp terminal, the heat transfer insulating plate, and the insulating spacer are crimped and fixed to each other with the crimp terminal insulated from the probe guide. 前記四端子測定用プローブでは、前記熱伝達絶縁プレートが面研磨されたサファイヤから作られ、前記絶縁スペーサーが窒化アルミから作られている請求項10に記載の四端子測定用プローブ。   11. The four-terminal measurement probe according to claim 10, wherein in the four-terminal measurement probe, the heat transfer insulating plate is made of surface-polished sapphire, and the insulating spacer is made of aluminum nitride. 前記四端子測定用プローブでは、前記熱伝達フレキシブルワイヤーが弾性変形可能な銅撚り線から作られ、前記熱伝達フレキシブルワイヤーの直径が1〜1.5mmの範囲にあり、前記熱伝達フレキシブルワイヤーの長さが5〜10cmの範囲にある請求項9ないし請求項11いずれかに記載の四端子測定用プローブ。


In the four-terminal measurement probe, the heat transfer flexible wire is made of an elastically deformable copper stranded wire, the diameter of the heat transfer flexible wire is in the range of 1 to 1.5 mm, and the length of the heat transfer flexible wire is The probe for four-terminal measurement according to any one of claims 9 to 11, wherein the length is in the range of 5 to 10 cm.


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