方块电阻测试仪校准方法的探讨

方块电阻测试仪校准方法的探讨 Discussion of Calibration Method about Sheet Resistance Meter 吴俊生 (广东省汕头市质量计量监督检测所 ,广东 汕头 515041) 摘　要 :本文研究了方块电阻测试仪的校准方法 ,并对方块电阻测试仪示值误差测量结果不确定度进行评定。 关键词 :方块电阻测试仪 ;方块电阻 ;不确定度 　　方块电阻测试仪是一种专门测量半导体方块电阻 (或称薄层电阻、面电阻)的仪器。可满足半导体材料、器 件的研究生产单位对一般半导体材料、导电薄膜 ( ITO 透 明氧化膜)等同类物质的方块电阻测量的需求。如何对 方块电阻测试仪进行校准 ,现在尚无国家检定规程或校 准 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 。本文根据方块电阻测试仪的检测原理对其校准 方法进行研究探讨。 1 　方块电阻测试仪的校准 111 　范围 本方法适用于测量范围为 (1100～199919)Ω/ □的方 块电阻测试仪计量性能的校准。 112 　应用文献 JJ F1059 —1999《测量不确定度评定与表示》 JJ F1071 —2000《国家计量校准规范编写规则》 JJ F1001 —1998《通用计量术语及定义》 使用本方法时 ,应注意使用上述引用文献的现行有 效版本。 113 　术语 (1)方块电阻 单位厚度单位面积上的电阻值 ,单位Ω/ □。 (2)方块电阻测试仪 专门测量半导体方块电阻 (或称薄层电阻、面电阻) 的仪器。 114 　计量特性 (1)方块电阻 根据方块电阻测试仪检测原理给出样品的方块电阻 计算公式 : RS = ΔV I ·F D S ·F W S ·FS P (1) 式中 : RS —方块电阻值 ,单位Ω/ □; D —被测样品直 径或长、宽度 ; W —扩散层或镀膜层厚度 ; S —探针间距 ; F( D/ S) —样品直径修正系数 ; F ( W/ S ) —膜层厚度修 正系数 ; FS P —探针修正系数。 当测量很簿的半导体双面扩散层或玻璃镀膜层的方 块电阻时 ,被测材料可作类似无穷大 ,此时 ,公式 (1) 中的 F( D/ S) = 41532 ; F ( W/ S) = 1 ,选取探针间距 S = 1mm , 则 FS P = 1 ,这时就有 : RS = 41532·ΔVI (2) 公式 (2) 的ΔVI 为本校准方法中的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 电阻值 R0 ,则 方块电阻的计算公式为 Rx = 41532·R0 (3) 式中 : RS —被检方块电阻测试仪的方块电阻示值 , Ω/ □; R0 —标准电阻值 ,Ω。 (2)绝缘电阻 方块电阻测试仪四探针头针间的绝缘电阻应不小于 500MΩ。 115 　校准条件 (1)环境条件 温度 : (20 ±5) ℃;相对湿度 : ≤75 %。 (2)校准器及其他设备 ①直流标准电阻 :应使用 011 级以上直流标准电阻。 ②绝缘电阻表 :使用 1000V (0～1000) MΩ的绝缘电 阻表。 116 　校准项目和校准方法 (1)标准项目 外观检查 ;方块电阻 ;绝缘电阻。 (2)校准方法 ①方块电阻测试仪方块电阻示值的校准 校准接线图如图 1 所示 ,依据四探针测量原理 ,2、3 探针为恒流源测量端 ,1、4 探针为电压测量端。 图 1 　方块电阻测试仪方块电阻的校准原理线路图 按图 1 接好线路 ,根据测量范围均匀地选取测量点 , 　吴俊生 :方块电阻测试仪校准方法的探讨 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　7　　　　 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 至少选取 10 个测量点。按公式 (3)可以得到标准电阻值 对应的方块电阻值 ,即为方块电阻测试仪的方块电阻实 际值。 ②绝缘电阻的检查 用绝缘电阻表测量方块电阻测试仪四探针头针间的 绝缘电阻 ,绝缘电阻应不小于 500MΩ (3)数据处理 测量数据化整至被检方块电阻测试仪方块电阻示值 的末位。 2 　方块电阻测试仪方块电阻示值误差测量结果的不确 定度评定 根据上述方块电阻测试仪的校准方法 ,本评定采用 标准电阻测量法。评定报告以测量点 100Ω为例分析方 块电阻测试仪示值误差测量结果不确定度。 211 　数学模型 方块电阻的数学模型为 : ΔR = RS - 41532·RO (4) 式中 :RS —被检方块电阻测试仪的方块电阻示值 , Ω/ □; RO —标准电阻值 ,Ω。 212 　不确定度的传播 uc (ΔR) = C2RS u 2 ( RS) + C2ROu 2 ( RO) 其中 : CRS = 9ΔR9RS = 1; CRO = 9ΔR9RO = - 41532(Ω/ □) /Ω。 213 　分量标准不确定度 (1)示值测量重复性引起的不确定度分量 本实验以被检方块电阻测试仪测量标准电阻 100Ω 为例 ,进行 10 次等精度测量 ,所得数据如表 1 所示 : 表 1 　测量重复性记录 次数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 被检表示值 (Ω/ □) 45218 45217 45218 45219 45219 45310 45219 45310 45310 45311 　　平均值 : x = 1 n ×∑ n i = 1 x i = 452191Ω/ □ 单次测量的实验标准差 : S = 1 n - 1 ρ ( xi - x) 2 = 01120Ω/ □ 校准时均测量 1 次 ,由测量重复性引入标准不确 定度 : u ( Rs1) = 01120 　Ω/ □ 自由度 :υRS1 = n - 1 = 9 (2)被检方块电阻测试仪分辨力引起的不确定度 分量 被检方块电阻测试仪的分辨力为 011Ω/ □,半宽为 0105Ω/ □,属均匀分布 ,包含因子 k = 3 ,由分辨力引起 的不确定度 : u ( RS2) = 010289 　Ω/ □ 因其很可靠 ,则自由度 : vRS2 = ∞ (3)被检方块电阻测试仪稳流源引起的不确定度分量 被检方块电阻测试仪内部稳流源在测量过程引起的 不确定度不大于 018 % , 对于测量点 100Ω (相当于 45312Ω/ □) ,其最大允许误差 (MPE) : ±316256Ω/ □,半 宽为 316256Ω/ □,属均匀分布 ,包含因子 k = 3 ,由被检 方块电阻测试仪内部稳流源引起的不确定度 u ( RS3) = 21093 　Ω/ □ 估计其可靠程度为 10 % ,则自由度 : vRS3 = 50 (4)标准电阻引起的不确定度分量 标准电阻 100Ω年最大允许误差 (MPE) : ±0102Ω ,半 宽 R = 0102Ω ,由标准电阻所引起的不确定度分量估计为 均匀分布 ,包含因子 k = 3 , u ( RO) = 010115Ω 因其很可靠 ,故自由度 vRO = ∞ 214 　合成标准不确定度和有效自由度 合成标准不确定度 : uc (ΔR) = c 2 R s1 u 2 ( Rs1) + c2R s2 u 2 ( Rs2) + c2R s3 u 2 ( Rs3) + c2ROu 2 ( RO) = 21097Ω/ □ 有效自由度 : υeff = u 4 c (ΔR) c 4 R s1 u 4 ( Rs1) υR s1 + c 4 R s2 u 4 ( Rs2) υR s2 + c 4 R s3 u 4 ( Rs3) υR s3 + c 4 RO u 4 ( RO) υRO = 50 215 　扩展不确定度 U95 = t95 ( veff ) ·uc = t95 (50) ·uc≈4121 　Ω/ □ 测量点 100Ω(即 45312Ω/ □)的相对扩展不确定度 : U95 rel = U95 45312 = 412145312 ×100 % = 110 % 216 　不确定度一览表 表 2 　不确定度一览表 标准不确 定度符号 u ( xi) 来源 评定方法 传播系数 ci 标准不确定度 u ( xi) 分量标准不确 定度 ui ( y) 自由度 vi u ( Rs1) 测量重复性 A 类 1 01120Ω/ □ 01120Ω/ □ 9 u ( Rs2) 被检表分辨力 B 类 1 010289Ω/ □ 010289Ω/ □ ∞ u ( Rs3) 被检表稳流源 B 类 1 21093Ω/ □ 21093Ω/ □ 50 u ( R0) 标准仪器允差 B 类 - 41532/ □ 010115Ω - 010521Ω/ □ ∞ 合成标准不确定度 uc = 21097Ω/ □　有效自由度 veff = 50 　置信概率 p = 95 % 包含因子 kp = 2101 　扩展不确定度 U95 = 4121Ω/ □　相对扩展不确定度 U95 rel = 110 % 作者简介 :吴俊生 ,男 , 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 师。工作单位 :广东省汕头市质量计量监督检 测所。通讯地址 :515041 　广东省汕头市长平路 72 号。 收稿时间 :2005 - 04 - 01 　8　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　《计量与测试技术》2005 年第 32 卷第 6 期 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net