专利名称：真空变温薄膜电阻测试仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及大学物理实验教学仪器领域，尤其涉及在粗真空中、室温到300°C 条件下，采用四探针方法测试薄膜电阻。
背景技术：
随着现代高新技术的发展，超大规模的集成电路(Integrated Circuit)已经达到 纳米量级的尺寸，如，Intel的300mm尺寸硅晶圆厂可以做到0. 065 ym(65纳米)的蚀刻尺 寸。如此小的尺寸离不开薄膜材料的制备及特性研究，薄膜的电阻是薄膜材料的一个重要 参数。薄膜电阻的阻值影响电子器件的性质，例如，在发光二极管的制造中，二极管PN结上 作为电极的金属阻值影响发光二极管的发光效率。因此，薄膜电阻的测量在薄膜物理和半 导体工业中有重要的应用，常用的薄膜电阻测试方法是四探针法。现有的四探针薄膜测试 教学仪器只能在室温及1个大气压环境下进行测试。
发明内容本实用新型的目的在于克服上述缺点，将真空系统和加热、温控系统与四探针薄 膜测试相结合，从而在室温到300°C温度范围内测试金属、半导体薄膜的电阻温度特性。真空变温薄膜电阻测试仪包括真空系统和加热、温控系统。所述真空系统包含底 座、玻璃罩、空气阀、气压表和机械泵，所述底座边缘突出，呈圆形，其凹陷部分的直径比玻 璃罩的外直径略大，设有安全阀；所述机械泵、气压表经由底座孔隙与玻璃罩内部环境相 通；所述加热、温控系统包含载物台、热偶、加热棒和温度控制仪，所述载物台上各有 一个加热棒放置孔和热偶放置孔；温度控制仪经由导线通过固定在底座上的密封插头分别 与热偶和加热棒相连。在所述的四探针中，中间的两个探针经由导线通过固定在底座上的密封插头与电 压表相连；另外两个探针经由导线通过固定在底座上的密封插头与恒流源相连。测试时，四 探针与薄膜样品良好接触，在最外端两个探针上通以恒定电流的情况下，通过测试中间两 个探针上的电压可计算得到其电阻值。所述探针固定于探针托上。所述四探针组件分别与垂直方向微调旋钮或水平方向微调旋钮连接，所述组件水 平及垂直位置可调。待测样品置于载物台上的凹槽内，载物台上各有一个加热棒放置孔和热偶放置 孔。载物台的温度由测试的具体要求确定，因此，进行新测试时可能需要使用备用载物台， 即所述测试仪配备的载物台的数量多于一个。载物台放置于支架上，其在支架上的位置可调，支架位于底座中部。所述底座呈圆 形，边缘突出，其凹陷部分的直径比玻璃罩的外直径略大，用于固定并良好接触玻璃罩以产 生粗真空。所述底座设有安全阀。[0011]温度控制仪经由导线通过固定在底座上的密封插头分别与热偶和加热棒相连。机械泵、气压表经由底座孔隙与玻璃罩内部环境相通。本实用新型将四探针薄膜测试方法、加热、温度测控和粗真空的获得相结合，在粗 真空的条件下，变温测试薄膜电阻，计算电阻率和温度特性。突出的优点是粗真空环境下， 温度测控不受外界环境影响，升温速度快；在一台仪器上学生可以学习到四探针薄膜测试， 温度测控和真空等多方面的知识。
图1为本实用新型仪器的示意图；图2为探针组件的详细示意图；图3a为载物台俯视图；图3b为载物台A-A，剖面图；图4为铝膜电阻温度电阻率特性；图5为ZnO膜电阻温度电阻率特性。附图标记1-电压表；2-恒流源；3-温度控制仪；4-空气阀；5-机械泵；6-气压表；7-支架；8-热偶；9-加热棒；10-探针；11-垂直方向微调旋钮；12-水平方向微调旋钮；13-待测样品；14-载物台；15-玻璃罩；16-弹簧；17-加热棒放置孔；18-热偶放置孔；19-探针托；20-底座。
具体实施方式
在测试仪器提供的粗真空条件下，改变温度，采用四探针方法测试薄膜电阻包括 以下步骤步骤一，按图1布置好仪器，将待测样品13 (预先制备好的金属或半导体薄膜)放 到载物台14上，接通恒流源2，测得电压，估算室温下Iatm样品的电阻值；为了保证探针10和待测样品13良好接触，可分别使用垂直方向微调旋钮11和水 平方向微调旋钮12调整探针的位置，探针组件结构如图2所示，其中，探针托19采用聚四 氟乙烯材料制作，所述垂直方向微调旋钮11和水平方向微调旋钮12采用不锈钢制作，与垂 直方向微调旋钮11相连的支撑杆中内置弹簧16。待测样品13置于载物台14的凹槽内，载物台14在支架7上的位置可调，便于调 整探针10与待测样品13的相对位置。载物台的结构如图3所示。将加热棒9和热偶8分别放置于载物台14上的加热 棒放置孔17和热偶放置孔18中。步骤二，检查空气阀4是否关闭，套上玻璃罩15，打开机械泵5，抽真空到0. Iatm ；步骤三，打开温度控制仪3的电源，设定温度(30 280°C，均勻取点)，记录电流 与电压值。将电流换向，测量反向电压。取正反向电压的平均值，计算薄膜样品的电阻值， 绘出金属温度_电阻特性曲线；根据给定的薄膜厚度，计算电阻率，绘出金属温度-电阻率 特性曲线；[0033]步骤四，关闭温度控制仪3的开关和机械泵5，打开空气阀4，拿掉玻璃罩15，更换 载物台14和待测样品13;步骤五，重复步骤三至四测试新的待测样品13的温度电阻(率)特性。实施例一铝膜电阻-温度电阻特性，测试结果如图4所示。实施例二ZnO膜电阻-温度电阻特性，测试结果如图5所示。
权利要求一种真空变温薄膜电阻测试仪，使用四探针测试金属或半导体薄膜电阻，其特征在于，包括真空系统和加热、温控系统；所述真空系统包含底座(20)、玻璃罩(15)、空气阀(4)、气压表(6)和机械泵(5)，所述底座(20)边缘突出，呈圆形，其凹陷部分的直径比玻璃罩(15)的外直径略大，设有安全阀；所述机械泵(5)、气压表(6)经由底座(20)孔隙与玻璃罩(15)内部环境相通；所述加热、温控系统包含载物台(14)、热偶(8)、加热棒(9)和温度控制仪(3)，所述载物台(14)上各有一个加热棒放置孔(17)和热偶放置孔(18)；温度控制仪(3)经由导线通过固定在底座上(20)的密封插头分别与热偶(8)和加热棒(9)相连。
2.如权利要求1所述的测试仪，其特征在于，所述四探针组件分别与垂直方向微调旋 钮(11)或水平方向微调旋钮(12)连接。
3.如权利要求1所述的测试仪，其特征在于，所述载物台(14)上有凹槽。
4.如权利要求1或3所述的测试仪，其特征在于，所述载物台(14)的数量多于一个。
5.如权利要求1所述的测试仪，其特征在于，所述底座(20)中部安放支架(7)。
6.如权利要求1或3所述的测试仪，其特征在于，所述载物台(14)在支架(7)上的位 置可调。
7.如权利要求1所述的测试仪，其特征在于，所述探针(10)固定于探针托(19)上。
8.如权利要求7所述的测试仪，其特征在于，所述探针托(19)采用聚四氟乙烯材料制作。
专利摘要本实用新型涉及大学物理实验教学仪器领域，特别是涉及在粗真空中，室温到300℃条件下，采用四探针方法测试薄膜电阻的真空变温薄膜电阻测试仪。克服了现有四探针薄膜测试教学仪器只能在室温及1个大气压环境下测试的缺点，将真空系统和加热、温控测试装置与四探针薄膜测试相结合，可在室温到300℃温度范围内测试金属或半导体薄膜的电阻温度特性。突出的优点是在粗真空环境下，温度测控不受外界环境影响，升温速度快；在一台仪器上学生可以学习到四探针薄膜测试、温度测控和真空等多方面的知识。
文档编号G01R27/08GK201716370SQ20102012737
公开日2011年1月19日 申请日期2010年3月9日 优先权日2010年3月9日
发明者刘依真, 朱亚彬, 王保军, 陈志杰, 魏敏建 申请人:北京交通大学
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