專利名稱：真空變溫薄膜電阻測試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器領(lǐng)域，尤其涉及在粗真空中、室溫到300°C 條件下，采用四探針方法測試薄膜電阻。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代高新技術(shù)的發(fā)展，超大規(guī)模的集成電路(Integrated Circuit)已經(jīng)達(dá)到 納米量級(jí)的尺寸，如，Intel的300mm尺寸硅晶圓廠可以做到0. 065 ym(65納米)的蝕刻尺 寸。如此小的尺寸離不開薄膜材料的制備及特性研究，薄膜的電阻是薄膜材料的一個(gè)重要 參數(shù)。薄膜電阻的阻值影響電子器件的性質(zhì)，例如，在發(fā)光二極管的制造中，二極管PN結(jié)上 作為電極的金屬阻值影響發(fā)光二極管的發(fā)光效率。因此，薄膜電阻的測量在薄膜物理和半 導(dǎo)體工業(yè)中有重要的應(yīng)用，常用的薄膜電阻測試方法是四探針法?，F(xiàn)有的四探針薄膜測試 教學(xué)儀器只能在室溫及1個(gè)大氣壓環(huán)境下進(jìn)行測試。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服上述缺點(diǎn)，將真空系統(tǒng)和加熱、溫控系統(tǒng)與四探針薄 膜測試相結(jié)合，從而在室溫到300°C溫度范圍內(nèi)測試金屬、半導(dǎo)體薄膜的電阻溫度特性。真空變溫薄膜電阻測試儀包括真空系統(tǒng)和加熱、溫控系統(tǒng)。所述真空系統(tǒng)包含底 座、玻璃罩、空氣閥、氣壓表和機(jī)械泵，所述底座邊緣突出，呈圓形，其凹陷部分的直徑比玻 璃罩的外直徑略大，設(shè)有安全閥；所述機(jī)械泵、氣壓表經(jīng)由底座孔隙與玻璃罩內(nèi)部環(huán)境相 通；所述加熱、溫控系統(tǒng)包含載物臺(tái)、熱偶、加熱棒和溫度控制儀，所述載物臺(tái)上各有 一個(gè)加熱棒放置孔和熱偶放置孔；溫度控制儀經(jīng)由導(dǎo)線通過固定在底座上的密封插頭分別 與熱偶和加熱棒相連。在所述的四探針中，中間的兩個(gè)探針經(jīng)由導(dǎo)線通過固定在底座上的密封插頭與電 壓表相連；另外兩個(gè)探針經(jīng)由導(dǎo)線通過固定在底座上的密封插頭與恒流源相連。測試時(shí)，四 探針與薄膜樣品良好接觸，在最外端兩個(gè)探針上通以恒定電流的情況下，通過測試中間兩 個(gè)探針上的電壓可計(jì)算得到其電阻值。所述探針固定于探針托上。所述四探針組件分別與垂直方向微調(diào)旋鈕或水平方向微調(diào)旋鈕連接，所述組件水 平及垂直位置可調(diào)。待測樣品置于載物臺(tái)上的凹槽內(nèi)，載物臺(tái)上各有一個(gè)加熱棒放置孔和熱偶放置 孔。載物臺(tái)的溫度由測試的具體要求確定，因此，進(jìn)行新測試時(shí)可能需要使用備用載物臺(tái)， 即所述測試儀配備的載物臺(tái)的數(shù)量多于一個(gè)。載物臺(tái)放置于支架上，其在支架上的位置可調(diào)，支架位于底座中部。所述底座呈圓 形，邊緣突出，其凹陷部分的直徑比玻璃罩的外直徑略大，用于固定并良好接觸玻璃罩以產(chǎn) 生粗真空。所述底座設(shè)有安全閥。[0011]溫度控制儀經(jīng)由導(dǎo)線通過固定在底座上的密封插頭分別與熱偶和加熱棒相連。機(jī)械泵、氣壓表經(jīng)由底座孔隙與玻璃罩內(nèi)部環(huán)境相通。本實(shí)用新型將四探針薄膜測試方法、加熱、溫度測控和粗真空的獲得相結(jié)合，在粗 真空的條件下，變溫測試薄膜電阻，計(jì)算電阻率和溫度特性。突出的優(yōu)點(diǎn)是粗真空環(huán)境下， 溫度測控不受外界環(huán)境影響，升溫速度快；在一臺(tái)儀器上學(xué)生可以學(xué)習(xí)到四探針薄膜測試， 溫度測控和真空等多方面的知識(shí)。

圖1為本實(shí)用新型儀器的示意圖；圖2為探針組件的詳細(xì)示意圖；圖3a為載物臺(tái)俯視圖；圖3b為載物臺(tái)A-A，剖面圖；圖4為鋁膜電阻溫度電阻率特性；圖5為ZnO膜電阻溫度電阻率特性。附圖標(biāo)記1-電壓表；2-恒流源；3-溫度控制儀；4-空氣閥；5-機(jī)械泵；6-氣壓表；7-支架；8-熱偶；9-加熱棒；10-探針；11-垂直方向微調(diào)旋鈕；12-水平方向微調(diào)旋鈕；13-待測樣品；14-載物臺(tái)；15-玻璃罩；16-彈簧；17-加熱棒放置孔；18-熱偶放置孔；19-探針托；20-底座。
具體實(shí)施方式
在測試儀器提供的粗真空條件下，改變溫度，采用四探針方法測試薄膜電阻包括 以下步驟步驟一，按圖1布置好儀器，將待測樣品13 (預(yù)先制備好的金屬或半導(dǎo)體薄膜)放 到載物臺(tái)14上，接通恒流源2，測得電壓，估算室溫下Iatm樣品的電阻值；為了保證探針10和待測樣品13良好接觸，可分別使用垂直方向微調(diào)旋鈕11和水 平方向微調(diào)旋鈕12調(diào)整探針的位置，探針組件結(jié)構(gòu)如圖2所示，其中，探針托19采用聚四 氟乙烯材料制作，所述垂直方向微調(diào)旋鈕11和水平方向微調(diào)旋鈕12采用不銹鋼制作，與垂 直方向微調(diào)旋鈕11相連的支撐桿中內(nèi)置彈簧16。待測樣品13置于載物臺(tái)14的凹槽內(nèi)，載物臺(tái)14在支架7上的位置可調(diào)，便于調(diào) 整探針10與待測樣品13的相對(duì)位置。載物臺(tái)的結(jié)構(gòu)如圖3所示。將加熱棒9和熱偶8分別放置于載物臺(tái)14上的加熱 棒放置孔17和熱偶放置孔18中。步驟二，檢查空氣閥4是否關(guān)閉，套上玻璃罩15，打開機(jī)械泵5，抽真空到0. Iatm ；步驟三，打開溫度控制儀3的電源，設(shè)定溫度(30 280°C，均勻取點(diǎn))，記錄電流 與電壓值。將電流換向，測量反向電壓。取正反向電壓的平均值，計(jì)算薄膜樣品的電阻值， 繪出金屬溫度_電阻特性曲線；根據(jù)給定的薄膜厚度，計(jì)算電阻率，繪出金屬溫度-電阻率 特性曲線；[0033]步驟四，關(guān)閉溫度控制儀3的開關(guān)和機(jī)械泵5，打開空氣閥4，拿掉玻璃罩15，更換 載物臺(tái)14和待測樣品13;步驟五，重復(fù)步驟三至四測試新的待測樣品13的溫度電阻(率)特性。實(shí)施例一鋁膜電阻-溫度電阻特性，測試結(jié)果如圖4所示。實(shí)施例二ZnO膜電阻-溫度電阻特性，測試結(jié)果如圖5所示。
權(quán)利要求一種真空變溫薄膜電阻測試儀，使用四探針測試金屬或半導(dǎo)體薄膜電阻，其特征在于，包括真空系統(tǒng)和加熱、溫控系統(tǒng)；所述真空系統(tǒng)包含底座(20)、玻璃罩(15)、空氣閥(4)、氣壓表(6)和機(jī)械泵(5)，所述底座(20)邊緣突出，呈圓形，其凹陷部分的直徑比玻璃罩(15)的外直徑略大，設(shè)有安全閥；所述機(jī)械泵(5)、氣壓表(6)經(jīng)由底座(20)孔隙與玻璃罩(15)內(nèi)部環(huán)境相通；所述加熱、溫控系統(tǒng)包含載物臺(tái)(14)、熱偶(8)、加熱棒(9)和溫度控制儀(3)，所述載物臺(tái)(14)上各有一個(gè)加熱棒放置孔(17)和熱偶放置孔(18)；溫度控制儀(3)經(jīng)由導(dǎo)線通過固定在底座上(20)的密封插頭分別與熱偶(8)和加熱棒(9)相連。
2.如權(quán)利要求1所述的測試儀，其特征在于，所述四探針組件分別與垂直方向微調(diào)旋 鈕(11)或水平方向微調(diào)旋鈕(12)連接。
3.如權(quán)利要求1所述的測試儀，其特征在于，所述載物臺(tái)(14)上有凹槽。
4.如權(quán)利要求1或3所述的測試儀，其特征在于，所述載物臺(tái)(14)的數(shù)量多于一個(gè)。
5.如權(quán)利要求1所述的測試儀，其特征在于，所述底座(20)中部安放支架(7)。
6.如權(quán)利要求1或3所述的測試儀，其特征在于，所述載物臺(tái)(14)在支架(7)上的位 置可調(diào)。
7.如權(quán)利要求1所述的測試儀，其特征在于，所述探針(10)固定于探針托(19)上。
8.如權(quán)利要求7所述的測試儀，其特征在于，所述探針托(19)采用聚四氟乙烯材料制作。
專利摘要本實(shí)用新型涉及大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器領(lǐng)域，特別是涉及在粗真空中，室溫到300℃條件下，采用四探針方法測試薄膜電阻的真空變溫薄膜電阻測試儀。克服了現(xiàn)有四探針薄膜測試教學(xué)儀器只能在室溫及1個(gè)大氣壓環(huán)境下測試的缺點(diǎn)，將真空系統(tǒng)和加熱、溫控測試裝置與四探針薄膜測試相結(jié)合，可在室溫到300℃溫度范圍內(nèi)測試金屬或半導(dǎo)體薄膜的電阻溫度特性。突出的優(yōu)點(diǎn)是在粗真空環(huán)境下，溫度測控不受外界環(huán)境影響，升溫速度快；在一臺(tái)儀器上學(xué)生可以學(xué)習(xí)到四探針薄膜測試、溫度測控和真空等多方面的知識(shí)。
文檔編號(hào)G01R27/08GK201716370SQ20102012737
公開日2011年1月19日 申請(qǐng)日期2010年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月9日
發(fā)明者劉依真, 朱亞彬, 王保軍, 陳志杰, 魏敏建 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)