[实用新型]真空变温薄膜电阻测试仪

说明书

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℃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0.065μm(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℃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。 

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。 

附图说明

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1atm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。