KDY —1型四探针电阻率/方阻测试仪
使 用 说 明 书
广州市昆德科技有限公司
1、概述
KDY-1型四探针电阻率/方阻测试仪（以下简称电阻率测试仪）是用来测量半导体材料（主要是硅单晶、锗单晶、硅片）电阻率，以及扩散层、外延层、ITO 导电薄膜、导电橡胶方块电阻的测量仪器。它主要由电气测量部份（简称：主机）、测试架及四探针头组成。
本仪器的特点是主机配置双数字表，在测量电阻率的同时，另一块数字表（以万分之几的精度）适时监测全程的电流变化，免除了测量电流/测量电阻率的转换，更及时掌控测量电流。主机还提供精度为0.05%的恒流源，使测量电流高度稳定。本机配有恒流源开关，在测量某些薄层材料时，可免除探针尖与被测材料之间接触火花的发生，更好地保护箔膜。仪器配置了本公司的专利产品：“小游移四探针头”，探针游移率在0.1～0.2%。保证了仪器测量电阻率的重复性和准确度。本机如加配HQ-710E 数据处理器，测量硅片时可自动进行厚度、直径、探针间距的修正，并计算、打印出硅片电阻率、径向电阻率的最大百分变化、平均百分变化、径向电阻率不均匀度，给测量带来很大方便。
2、测试仪结构及工作原理
测试仪主机由主机板、电源板、前面板、后背板、机箱组成。电压表、电流表、电流调节电位器、恒流源开关及各种选择开关均装在前面板上（见图2）。后背板上只装有电源插座、电源开关、四探针头连接插座、数据处理器连接插座及保险管（见图3）。机箱底座上安装了主机板及电源板，相互间均通过接插件联接。仪器的工作原理如图1所示：
测试仪的基本原理仍然是恒流源给探针头（1、4探针）提供稳定的测量电流I （由DVM1监测），探针头（2、3）探针测取电位差V （由DVM2测量），由下式即可计算出材料的电阻率：
厚度小于4倍探针间距的样片均可按下式计算
式中：V ——DVM2的读数，mV 。 I——DVM1的读数，mA 。
W——被测样片的厚度值以cm 为单位。
F （W/S）——厚度修正系数，数值可查附录二。 F （S/D）——直径修正系数，数值可查附录三。 Fsp——探针间距修正系数。
Ft——温度修正系数，数值可查附录一。
由于本机中已有小数点处理环节，因此使用时无需再考虑电流、电压的单位问题。如果用户配置了HQ-710E 数据处理器只要置入厚度W 、FSP 、测量电流I 等有关参数，一切计算、记录均由它代劳了。如果没有数据处理器（HQ-710E ），用户同样可以依据上式用普通计算器算出准确的样片电阻率。
对厚度大于4倍探针间距的样片或晶锭，电阻率可按下式计算：
ρ=2πSV/I （2）
这是大家熟悉的样品厚度和任一探针离样品边界的距离均大于4倍探针间距（近似半无穹大的边界条件），无需进行厚度、直接修正的经典公式。此时如用间距S=1mm的探头，电流I 选择0.628；用S=1.59mm的探头，电流I 选择0.999，即可从本仪器的电压表（DVM2）上直接读出电阻率。
用KDY-1测量导电薄膜、硅的异型外延层、扩散层、导电薄膜的方块电阻时，计身算公式为： R = V/I F(D/S) F(W/S)FS P
由于导电层非常薄故F(W/S)=1，所以只要选取电流 I=F(D/S) FS P , ，F(D/S)=4.532 测量时电流调节到04532，ρ/R选择在R 灯亮
从KDY-1右边的电压表(DVM2)上即可直接读出扩散薄层的方块电阻R 。
备注：在测量方块电阻时ρ/R选择要在R ，仅在电流0.01mA 档时电压表最后一位数溢出（其它档位可以正常读数），故读数时需要注意，如电流在0.01档时电压表读数为00123，实际读数应该是001230. 。 3、使用方法
（1）主机面板、背板介绍
仪器除电源开关在背板外其它控制部分均安装在面板上，面板的左边集中了所
有与测量电流有关的显示和控制部份，电流表（DMV1）显示各档电流值，电流选择值（随运按钮）供电流选档用，～220V 电源接通后仪器自动选择在常用的1.0mA 档，此时1.0上方的红色指示灯亮，随着选择开关的按动，指示灯在不同的档位亮起，直选到档位合适为止。打开恒流源，上方指示灯亮，电流表显示电流值，调节粗调旋钮使前三位数达到目标值，再调细调旋钮使后两位数达到目标值。这样就完成了电流调节工作，此时我们可以把注意力集中到右边，面板的右边集中了所有电压测量有关的控制部件，电压表（DMV2）显示各档（ρ/R手动/自动）的正向、反向电压测量值。ρ/R键必须选对，否则测量值会相差10倍；同样手/自动档也必须选对，否则仪器拒绝工作。
后背板上主要安装的是电缆插座，图上标得很清楚，安装时请注意插头与插座的对位标志。因为在背后容易漏插，松动时不易被发现，所以安装必须插全、插牢。
（2）使用仪器前将电源线、测试架联接线、主机与数据处理器的联接线（如使用处理器）联接好，并注意一下测试架上是否已接好探针头。电源线插头插入～220V 座插后，开启背板上的电源开关，此时前面板上的数字表、发光二极管都会亮起来。探针头压在被测单晶上，打开恒流源开关，左边的表显示从1、4探针流入单晶的测量电流，右边的表显示电阻率（测单晶锭时）或2、3探针间的电位差。电流大小通过旋转前面板左下方的两个电位器旋钮加以调节，其它正、反向测量、ρ/R选择、自动/手动测量都通过前面板上可自锁的按钮开关控制。
（3）仪器测量电流分五档：0.01mA （10μA ）、0.1mA （100μA ）、1mA 、10mA 、100mA ，读数方法如下：
在0.01mA 档显示5位数时：10000 表示电流为：0.01mA （10μA ）
又如在0.01mA 档显示：06282 即表示电流为：6.28μA
在0.1mA 档显示5位数时：10000 表示电流为：0.1mA （100μA ）
又如在0.1mA 档显示：04532 表示电流为：45.32μA 在1mA 档显示5位数时：10000 表示电流为：1mA
又如在1mA 档显示：06282 表示电流为：0.6282mA 同样在10mA 档显示：10000 表示电流为：
10mA
显示：04532 表示电流为：4.532mA
100mA 档显示：10000 表示电流为：100mA
显示：06282 表示电流为：62.82mA
电流档的选择采用循环步进式的选择方式，在仪器面板上有一个电流选择按钮，每按一次进一档，仪器通电后自动设定在常用的1.0mA 档，如果你不断地按下“电流选择”按钮，电流档位按下列顺序不断地循环。
1.0mA →10mA →100mA →0.01mA →0.1mA →1.0mA →10mA →…… 可以快速找到你所需的档位。
（4）电压表读数：因为为了方便直接用电压表读电阻率，所以我们人为改动了电压表的小数点移位，如需要直接读取电压值时需注意，本电压表为199.99mV 的数值电压表，读电压值时小数点是固定位置的，
例如：电压表显示 读电压值
1.9999 199.99mV 19.999 199.99mV 199.99 199.99mV
1999.9 199.99mV 19999 199.99mV
根据国标GB/T1552-1995，不同电阻率硅试样所需要的电流值如下表所示：
根据
（5）恒流源开关是在发现探针带电压接触被测材料影响测量数据（或材料性能）时，再使用，即先让探针头压触在被测材料上，后开恒流源开关，避免接触时瞬间打火。为了提高工作效率，如探针带电压接触被测材料对测量并无影响时，恒流源开关可一直处于开的状态。
（6）正、反向测量开关只有在手动状态下才能工作人工控制，在自动状态下
由数据处理器控制，因此在手动正反向开关不起作用时，先检查手动/自动开关是否处于手动状态。相反在使用数据处理器测量材料电阻率时，仪器必须处于自动状态，否则数据处理拒绝工作。
（7）在使用数据处理器自动计算及记录时，必须严格按照使用说明操作，特别注意输入数据的位数。有关数据处理器的使用方法请仔细阅读KDY 测量系统的操作说明。
4、主机技术能数
（1）测量范围：
可测电阻率：0.0001～19000Ω〃cm 可测方块电阻：0.001～190000Ω〃□ （2）恒流源：
输出电流：DC 0.001～100mA 五档连续可调 量程：0.001～0.01mA 0.01～0.10mA 0.10～1.0mA 1.0～10mA 10～100mA 恒流精度：各档均低于±0.05% （3）直流数字电压表： 测量范围：0～199.99mV 灵敏度：10μV
基本误差：±（0.004%读数+0.01%满度） 输入阻抗：≥1000M Ω （4）供电电源：
AC 220V±10% 50/60 Hz 功率：12W （5）使用环境：
温度：23±2℃ 相对湿度：≤65%
无较强的电场干扰，电源隔离滤波，无强光直接照射 （6）重量、体积：
主机重量：7.5kg
体积：365×380×160（单位：mm 长度×宽度×高度）
附录1.1
ρT = FT *ρ23
注 ：① 温度修正系数表的数据来源于中国计量科学研究院。
1.2
温度修正系数表(续1) ρT = FT *ρ23
附录2.
厚度修正系数F(W/S)为圆片厚度W 与探针间距S 之比的函数
《硅、锗单晶电阻率测定直排四探针法》
附录3.
修正系数F 2为探针间距S 与圆片直径D 之比的函数
《硅、锗单晶电阻率测定直排四探针法》
KDY —1型四探针电阻率/方阻测试仪
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1、概述
KDY-1型四探针电阻率/方阻测试仪（以下简称电阻率测试仪）是用来测量半导体材料（主要是硅单晶、锗单晶、硅片）电阻率，以及扩散层、外延层、ITO 导电薄膜、导电橡胶方块电阻的测量仪器。它主要由电气测量部份（简称：主机）、测试架及四探针头组成。
本仪器的特点是主机配置双数字表，在测量电阻率的同时，另一块数字表（以万分之几的精度）适时监测全程的电流变化，免除了测量电流/测量电阻率的转换，更及时掌控测量电流。主机还提供精度为0.05%的恒流源，使测量电流高度稳定。本机配有恒流源开关，在测量某些薄层材料时，可免除探针尖与被测材料之间接触火花的发生，更好地保护箔膜。仪器配置了本公司的专利产品：“小游移四探针头”，探针游移率在0.1～0.2%。保证了仪器测量电阻率的重复性和准确度。本机如加配HQ-710E 数据处理器，测量硅片时可自动进行厚度、直径、探针间距的修正，并计算、打印出硅片电阻率、径向电阻率的最大百分变化、平均百分变化、径向电阻率不均匀度，给测量带来很大方便。
2、测试仪结构及工作原理
测试仪主机由主机板、电源板、前面板、后背板、机箱组成。电压表、电流表、电流调节电位器、恒流源开关及各种选择开关均装在前面板上（见图2）。后背板上只装有电源插座、电源开关、四探针头连接插座、数据处理器连接插座及保险管（见图3）。机箱底座上安装了主机板及电源板，相互间均通过接插件联接。仪器的工作原理如图1所示：
测试仪的基本原理仍然是恒流源给探针头（1、4探针）提供稳定的测量电流I （由DVM1监测），探针头（2、3）探针测取电位差V （由DVM2测量），由下式即可计算出材料的电阻率：
厚度小于4倍探针间距的样片均可按下式计算
式中：V ——DVM2的读数，mV 。 I——DVM1的读数，mA 。
W——被测样片的厚度值以cm 为单位。
F （W/S）——厚度修正系数，数值可查附录二。 F （S/D）——直径修正系数，数值可查附录三。 Fsp——探针间距修正系数。
Ft——温度修正系数，数值可查附录一。
由于本机中已有小数点处理环节，因此使用时无需再考虑电流、电压的单位问题。如果用户配置了HQ-710E 数据处理器只要置入厚度W 、FSP 、测量电流I 等有关参数，一切计算、记录均由它代劳了。如果没有数据处理器（HQ-710E ），用户同样可以依据上式用普通计算器算出准确的样片电阻率。
对厚度大于4倍探针间距的样片或晶锭，电阻率可按下式计算：
ρ=2πSV/I （2）
这是大家熟悉的样品厚度和任一探针离样品边界的距离均大于4倍探针间距（近似半无穹大的边界条件），无需进行厚度、直接修正的经典公式。此时如用间距S=1mm的探头，电流I 选择0.628；用S=1.59mm的探头，电流I 选择0.999，即可从本仪器的电压表（DVM2）上直接读出电阻率。
用KDY-1测量导电薄膜、硅的异型外延层、扩散层、导电薄膜的方块电阻时，计身算公式为： R = V/I F(D/S) F(W/S)FS P
由于导电层非常薄故F(W/S)=1，所以只要选取电流 I=F(D/S) FS P , ，F(D/S)=4.532 测量时电流调节到04532，ρ/R选择在R 灯亮
从KDY-1右边的电压表(DVM2)上即可直接读出扩散薄层的方块电阻R 。
备注：在测量方块电阻时ρ/R选择要在R ，仅在电流0.01mA 档时电压表最后一位数溢出（其它档位可以正常读数），故读数时需要注意，如电流在0.01档时电压表读数为00123，实际读数应该是001230. 。 3、使用方法
（1）主机面板、背板介绍
仪器除电源开关在背板外其它控制部分均安装在面板上，面板的左边集中了所
有与测量电流有关的显示和控制部份，电流表（DMV1）显示各档电流值，电流选择值（随运按钮）供电流选档用，～220V 电源接通后仪器自动选择在常用的1.0mA 档，此时1.0上方的红色指示灯亮，随着选择开关的按动，指示灯在不同的档位亮起，直选到档位合适为止。打开恒流源，上方指示灯亮，电流表显示电流值，调节粗调旋钮使前三位数达到目标值，再调细调旋钮使后两位数达到目标值。这样就完成了电流调节工作，此时我们可以把注意力集中到右边，面板的右边集中了所有电压测量有关的控制部件，电压表（DMV2）显示各档（ρ/R手动/自动）的正向、反向电压测量值。ρ/R键必须选对，否则测量值会相差10倍；同样手/自动档也必须选对，否则仪器拒绝工作。
后背板上主要安装的是电缆插座，图上标得很清楚，安装时请注意插头与插座的对位标志。因为在背后容易漏插，松动时不易被发现，所以安装必须插全、插牢。
（2）使用仪器前将电源线、测试架联接线、主机与数据处理器的联接线（如使用处理器）联接好，并注意一下测试架上是否已接好探针头。电源线插头插入～220V 座插后，开启背板上的电源开关，此时前面板上的数字表、发光二极管都会亮起来。探针头压在被测单晶上，打开恒流源开关，左边的表显示从1、4探针流入单晶的测量电流，右边的表显示电阻率（测单晶锭时）或2、3探针间的电位差。电流大小通过旋转前面板左下方的两个电位器旋钮加以调节，其它正、反向测量、ρ/R选择、自动/手动测量都通过前面板上可自锁的按钮开关控制。
（3）仪器测量电流分五档：0.01mA （10μA ）、0.1mA （100μA ）、1mA 、10mA 、100mA ，读数方法如下：
在0.01mA 档显示5位数时：10000 表示电流为：0.01mA （10μA ）
又如在0.01mA 档显示：06282 即表示电流为：6.28μA
在0.1mA 档显示5位数时：10000 表示电流为：0.1mA （100μA ）
又如在0.1mA 档显示：04532 表示电流为：45.32μA 在1mA 档显示5位数时：10000 表示电流为：1mA
又如在1mA 档显示：06282 表示电流为：0.6282mA 同样在10mA 档显示：10000 表示电流为：
10mA
显示：04532 表示电流为：4.532mA
100mA 档显示：10000 表示电流为：100mA
显示：06282 表示电流为：62.82mA
电流档的选择采用循环步进式的选择方式，在仪器面板上有一个电流选择按钮，每按一次进一档，仪器通电后自动设定在常用的1.0mA 档，如果你不断地按下“电流选择”按钮，电流档位按下列顺序不断地循环。
1.0mA →10mA →100mA →0.01mA →0.1mA →1.0mA →10mA →…… 可以快速找到你所需的档位。
（4）电压表读数：因为为了方便直接用电压表读电阻率，所以我们人为改动了电压表的小数点移位，如需要直接读取电压值时需注意，本电压表为199.99mV 的数值电压表，读电压值时小数点是固定位置的，
例如：电压表显示 读电压值
1.9999 199.99mV 19.999 199.99mV 199.99 199.99mV
1999.9 199.99mV 19999 199.99mV
根据国标GB/T1552-1995，不同电阻率硅试样所需要的电流值如下表所示：
根据
（5）恒流源开关是在发现探针带电压接触被测材料影响测量数据（或材料性能）时，再使用，即先让探针头压触在被测材料上，后开恒流源开关，避免接触时瞬间打火。为了提高工作效率，如探针带电压接触被测材料对测量并无影响时，恒流源开关可一直处于开的状态。
（6）正、反向测量开关只有在手动状态下才能工作人工控制，在自动状态下
由数据处理器控制，因此在手动正反向开关不起作用时，先检查手动/自动开关是否处于手动状态。相反在使用数据处理器测量材料电阻率时，仪器必须处于自动状态，否则数据处理拒绝工作。
（7）在使用数据处理器自动计算及记录时，必须严格按照使用说明操作，特别注意输入数据的位数。有关数据处理器的使用方法请仔细阅读KDY 测量系统的操作说明。
4、主机技术能数
（1）测量范围：
可测电阻率：0.0001～19000Ω〃cm 可测方块电阻：0.001～190000Ω〃□ （2）恒流源：
输出电流：DC 0.001～100mA 五档连续可调 量程：0.001～0.01mA 0.01～0.10mA 0.10～1.0mA 1.0～10mA 10～100mA 恒流精度：各档均低于±0.05% （3）直流数字电压表： 测量范围：0～199.99mV 灵敏度：10μV
基本误差：±（0.004%读数+0.01%满度） 输入阻抗：≥1000M Ω （4）供电电源：
AC 220V±10% 50/60 Hz 功率：12W （5）使用环境：
温度：23±2℃ 相对湿度：≤65%
无较强的电场干扰，电源隔离滤波，无强光直接照射 （6）重量、体积：
主机重量：7.5kg
体积：365×380×160（单位：mm 长度×宽度×高度）
附录1.1
ρT = FT *ρ23
注 ：① 温度修正系数表的数据来源于中国计量科学研究院。
1.2
温度修正系数表(续1) ρT = FT *ρ23
附录2.
厚度修正系数F(W/S)为圆片厚度W 与探针间距S 之比的函数
《硅、锗单晶电阻率测定直排四探针法》
附录3.
修正系数F 2为探针间距S 与圆片直径D 之比的函数
《硅、锗单晶电阻率测定直排四探针法》