SU1134051A1 - Бесконтактный способ измерени удельного электрического сопротивлени образца цилиндрической формы - Google Patents

Abstract

БЕСКОНТАКТНЫЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УДЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ОБРАЗЦА ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ путем подачи на оОразец через кольцевые электроды, св занные с образцом емкостньми св з ми, мен ющегос  во времени напр жени , отличающийс  тем, что, с целью упрощени  процесса измерений, к электродам прикладывают импульс напр жени  пр моугольной формы, измер ют амплитуду тока, проход щего через образец, причем электроды устанавливают друг от друга на рассто нии 1, удовлетвор ющем соотношению: 00 )sin(|x) ., -dx. 1 ... .где D - диаметр образца; i h - ширина электродов; 1,(х) (Л 1((х) функци  Бессел , а удельное сопротивление определ ют как отношение амплитуды импульса напр жени  к амплитуде импульса тока.

Description

Изобретение относитс  к области измерительной техники, в частности к области измерени  параметров полупроводниковых материалов. Контроль за качеством полупроводниковых материалов, критичных к загр зненным , требует возможности измерени  их удельного сопротивлени  без контактировани  с поверхностью, например образцов, упакованных в полиэтиленовую пленку. Известен бесконтактный способ определени  удельного сопротивлени  р цилиндрических стержней из долупроводникового материала с использованием генератора высокой частоты. В этом способе контролируемый образец ввод т в катушку индуктивности , запитываемую от генератора. Затем определ ют потери на вихревые то ки, рассчитывают величину сопротивлени  образца и наход т значение р К недостаткам способа можно отнести то, что искомый параметр определ етс  в результате расчетов, а сам способ может быть использован пр измерени х образцов только с малым удельным сопротивлением ( Ом-см Наиболее близким  вл етс  бесконтактный способ измерени  удельного электрического сопротивлени  образца цилиндрической формы путем подачи на образец через кольцевые электроды, св занные с образцом емкостными св з ми , мен ющегос  во времени напр жени  о Недостатком этого способа  вл етс  его сложность, обусловленна  тем что необходимы измерени  с помощью моста, при этом дл  уравновешивани  плеч моста необходимо одновременно подбирать емкость и сопротивление, причем с увеличением сопротивлени  и уменьшением емкости точность измерени  падает. И, кроме того, в результате измерений определ ют сопротивление образца, а не значение р, которое нужно рассчитать. Целью изобретени   вл етс  упрощение процесса измерени  путем непосредственного измерени  удельного сопротивлени  образца. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в бесконтактном способе измерени  удельного электрического сопротивлени  образца цилиндрической формы путем подачи на образец через кольцевые электроды, св занные с образцом емкостными св з ми, прикладывают импульс напр жени  пр моугольной формы, измер ют амплитуду тока через образец, причем электроды устанавливают друг от друга на рассто нии 1, удовлетвор ющем соотношению: . °° . г/1 V , ,h ч 4 f sin ( x)sin(g х) 2 1х2 171x1 . (1) где D - диаметр образца; h - ширина электродов; 1ч (х), 1,(х) - функци  Бессел , а удельное сопротивление определ ют как отношение амплитуды импульса напр жени  к амплитуде импульса тока. На фиг. 1 приведена схема размещени  электродов у образца, где образец 1, электроды 2, ширина электрода h, рассто ние между электродами 14 на фиг. 2 - принципиальна  схема устройства дл  реализации способа , где импульсный генератор 3, измеритель 4 тока через образец; на фиг. 3 - зависимости рассто ни  между электродами 1 от диаметра образца D при которых измер емое сопротивление между электродами равно удельному сопротивлению материала образца, где крива  5 при см, крива  6 при см, крива  7 при ,5 см; на фиг. 4 - схема дл  проверки способа, где скоростной осциллограф 8; на фиг. 5 - осциллограмма тока через образец. Предлагаемый способ состоит в следующем. Берут образец цилиндрической формы диаметром D, удельное сопротивление которого необходимо определить без непосредственного контакта с образцом, например цилиндрический образец, упакованный в полиэтиленовую пленку. На образец 1 накладывают два кольцевых электрода 2, шириной h, расположенные друг от друга на рассто нии 1. К образцу через электроды прикладывают пр моугольный импульс напр жени  от импульсного генератора 3. Практически длительность фронта пр моугольного импульса генератора t должна удовлетвор ть условию: RC .к. при этом протекающий через образец импульс тока будет иметь такую же амплитуду и форму, как и при непосредственном контакте по сков с образцом. Измер   с помощью измерител  импульсного тока А протекающий через образец ток, можно определить сопротивление образца между электродами, как отнощение амплитуды импульса напр жени  генератора 3 к амплитуде импульса тока, измеренного измерителем 4. В качестве измерител  импульса тока можно использовать , например, включенное последовательно с образцом малое сопротивление , импульс напр жени  с которого измер етс  с помощью измерител  импульсных напр жений - импульсного осциллографа или импульсного вольтметра.

Дл  нахождени  св зи между удельным сопротивлением f и сопротивлением R образца между электродами можно воспользоватьс  следующей форму- лой:

21 . ,hч

sin (5 x)sin{5 х)

f ..dx.

1-, -1 1

Отсюда видно, что электроды могут быть выставлены друг от друга на таком рассто нии 1, чтобы измеренное сопротивление R было в точности равно удельному сопротивлению образца. Дп  этого при заданном значении диаметра образца D и ширины электродов h рассто ние между электродами 1 должно удовлетвор ть соотношению:

00 ,1

h D

1 :: r-l .

D

сг x 1,1x7

i; (4)

При вьшолнении соотнощени  (4) измерение сопротивлени  образца между электродами и есть фактически измерение удельного сопротивлени  образца р . В отличие от прототипа предлагаемый способ предусматривает измерение р путем измерени  амплитуды импульса тока, протекающего через образец при приложении к нему пр моугольного импульса напр жени  при определенном соотнощении между диаметром образца и рассто нием между электродами . Следовательно, данным способом осуществл етс  непосредственное измерение удельного сопротивлени  и

не требуютс  дополнительные расчеты дл  определени  удельного сопротивлени  после проведени  измерений. .Соотношение (4) дл  требуемого рассто ни  между электродами записано в не вной форме. Однако не составл ет труда произвести численные расчеты интеграла в правой части выражени  (4) и получить зависимость дл  рассто ни  между электродами 1 от диаметра образца D при разной ширине электродов h в  вной форме. Результаты таких расчетов приведены на фиг. 3. Устанавлива  электроды на рассто нии 1, определ емом с помощью этих кривых дл  каждого значени  диаметра образца D и щирины электродов h можно произвести непосредственное измерение удельного сопротивлени  образца р. I

Пример. От импульсного генератора 3 через омический делитель подавали на измер емый образец импульс напр жени , амплитудой 10 воль и длительностью 100 наносекунд. Импульс на образец подавали через электроды , . св занные с образцом через . емкостные св зи (фиг. 1). Соответст (3) 30 вующие емкости С показаны на схеме фиг. 4. Протекающий через образец импульс тока измер ли с помощью скоростного осциллографа 8 по падению напр жени  V на последовательно включенном сопротивлении 220 Ом. Диаметр измер емого образца составл л 2,6 Ом. Измерени  производились при ширине электродов 0,5 см и 1,0 см. Б соответствии с кривыми 7 и 6 на фиг. 3 электроды устанавливались на рассто нии друг от друга соответственно 4,6 см и 5,1 см. Типична  осциллограмма импульса тока через образец показана на фиг. 5. Из осциллограммы видно, что спад вершины импульса  вл етс  незначительным, сле довательно емкости между и электродами и образцом С имеют достаточно большую величину дл  неискаженной передачи импульса (т.е. удовлетвор ют условию (2)..

Измеренные по величине спада вершины импульсов емкости С составл ли соответственно 50 и 100 пф (при ширине электродов 0,5 см и 1,0 см). Амплитуда импульса тока через образец составл ла в обоих случа х 7 10 ампера, т.е. измеренное удельное сопртивление образца составл ло 5 14,410 Ом-см. Эта величина совпадает с удельным сопротивлением того же образца, измеренного пр мым контактным методом. Предлагаемый способ измерени  удельных сопротивлений обладает существенными преимуществами по сравнению с прототипом. Во-первых, метод измерени  в прототипе  вл етс  косвенным, измер етс  не удельное сопротивление материала образца, а сопротивлением между по сками электродами . После этого необходимо производить вычислени  дл  нахождени  удельного сопротивлени . В пред лагаемом же способе электроды устанавливают согласно формуле (4) таки образом, что измер ема  величина  вл етс  удельным сопротивлением образца. Во-вторых, проведение изме рений в прототипе св зано со сложньми операци ми компенсации в одном из плеч моста одновременно двух величин - емкостей между электродами и образцом и сопротивлени  образца. В предлагаемом способе отсутствуют эти операции, после подключени  электродов измеритель 4 (фиг. 2) сразу покажет на своей шкале величи ну удельного сопротивлени  образца .(при соответствую0;ей предварительно градуировке этой шкалы). Следовател 1 но, предлагаемый способ упрощает процесс измерени . Способ позвол ет измер ть большие удельные сопротивлени , в то врем  как в аналоге с удельным сопротивлением не более 10 Ом-см. Кроме того, в аналоге величина удельного сопротивлени  измер етс  не непосредственно, а косвенно. Сначала определ ют потери в образце, а по ним путем расчетов наход т удельное сопротивление, при этом возможны погрешности, так как св зь между удельным сопротивлением и потер ми не  вл етс  простой. Предлагаемый способ свободен от этого недостатка, так как в нем удельное сопротивление измер етс  непосредственно . По сравнению с контактными методами измерени  удельных сопротивлений предлагаемый способ имеет то преимущество, что, во-первых , можно непосредственно измер ть удельные сопротивлени  образцов , упакованных в изолирующую пленку и, во-вторых, при этом исключаютс  погрешности из-за образовани  р-п переходов в месте контакта электродов с образцом в случае измерени  удельных сопротивлений полупроводников .

С

С 4

Фс/г.2

Фиг, 4

Фиг.5

Claims (1)

1. БЕСКОНТАКТНЫЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УДЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ОБРАЗЦА ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ путем подачи на образец через кольцевые электроды, связанные с образцом емкостньвхи связями, меняющего ся во времени напряжения, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса измерений, к электродам прикладывают импульс напряжения прямоугольной формы, измеряют амплитуду тока, проходящего через образец, причем электроды устанавливают друг от друга на расстоянии 1, удовлетворяющем соотношению:

   о где D - диаметр образца; h - ширина электродов;

   1₀(х)>

   1_<(х) - функция Бесселя, а удельное сопротивление определяют как отношение амплитуды импуль са напряжения к амплитуде импульса тока.

   SU „„ 1134051