[其他]四探针头

说明书

本发明涉及一种测量电阻率的四探针头装置的改进，用于半导体材料单晶硅、单晶锗的电阻率测量。

电阻率是半导体材料的主要质量参数之一，它反映了材料中Ⅲ－Ⅴ族杂质补偿后剩余的杂质浓度。在测量工作中，人们是把四根金属探针压在半导体单晶表面上，外加电流通过外金属探针与晶体表面的接触点，流到单晶体内，通过测量内探针之间电位降，从而计算出电阻率。为了保证测量的准确性和重复性，要求四根探针有极高电绝缘性和极小的机械游移。为此，要求探针的定位机构和运动系统具有极高的精度，探针的游移误差不超过微米数量级，同时又要保证针间绝缘度大于10⁹欧姆和金属探针的弹性恒压及良好的电接触。解决探针高精度的定位机构可采用在人造宝石片上面并排钻四个定位小孔，但加工非常困难且一致性差，成本高。另一办法是用球状红宝石粒作填料、环氧树脂作粘结剂，用单块模板浇注制得，这种工艺虽然成本低，但精度差。为了保证金属探针的弹性恒压和导电性能接触良好，通常采用条状弹簧片提供固定压力和在金属探针针身上焊接一根导电线，但焊接难度大，成本高，且探针难于更换。另一种方法是用弓形弹簧丝作弹性元件，针顶与弹簧丝成单点接触导电，但这样导电性能较差。

本发明的目的是在结构上进行改进，采用八小粒红宝石    分别钻孔、用环氧树脂作粘结剂、上下模板注塑的工艺制作探针定位导孔并采用平面弹簧片及螺旋弹簧圈作探针的弹性元件，不但达到了定位精度高、导电接触良好而且制造容易，成本低廉。

附图一为四探针头结构示意图；探针1与被测样品接触，弹簧片14与探针构成三点接触并施加恒定的压力，外加电源由导线12通过弹簧片从一根探针流入，另一根探针流出，产生电位，测量出另两根探针间的电位差后按计算公式求得被测样品的电阻率。探针的定位导孔机构是由八粒红宝石    2（红宝石片分开钻孔可套上探针）作探针轴承以增强耐磨性，并经上下模板分开的环氧树脂浇注精确

定位，从而达到四只导孔中心处在一直线上并孔间距离相等，导孔彼此平行且与下端面相垂直的要求。弹性元件是用铍青铜片经线切割做成的弓形的平面弹簧片（附图四），具有一定弹性，上缺口与导线焊接，下缺口为錐形确保与探针有良好导电的三点弹性接触。

本发明的优点在于探针的定位机构制作容易，成本低廉（可降低15倍），一致性好，且保证良好的定位精度和电绝缘性。弹性元件可使探针有良好的弹性及电接触性能并可方便地更換探针。

图1为精密四探针头结构示意图

图2为探针导孔浇注模

图3为平面弹簧片

图4为心模

附图1～4显示了本发明的具体实施例：图2为探针定位浇注模及结构。按以下步骤实施：1.模具：上模4、下模1、中模2，按加工精度±2μ的要求直线排列钻好四个针孔（间距1mm，孔径0.5mm）。2.探针：为了便于脫模，探针上先经塗三次脫模剂，每次量80℃的马沸炉内烘烤20分钟。3.装模：先放錐头7于中模2錐孔内，每支探针先放置二粒红宝石轴套然后插进上模4及下模1的针孔内。4.浇注：为了避免红宝石粒处贮存小气泡，需要以上模侧小孔缓慢倒进高温固化的环氧树脂，然后将模具置于马沸炉烘烤固化。高温固化环氧树脂的配制方法如下：

配方：环氧树脂φ6207        53％

环氧树脂（增韧剂）634        11％

固化剂：顺丁烯二酸酐        31％

促进剂：甘油        4.3％

塡    料：200目石英砂

脫模剂：甲基硅橡胶5％＋二甲苯95％

过氧化苯甲酸（硅橡胶量的5％）

配制工艺：6207＋酸酐＋甘油（加热至50℃～60℃）＋634＋塡料    搅匀后减压去气泡，在红外灯烘烤下保温。

固化工艺：90℃下3小时升至120℃下3小时再升至160℃下2小时再升至180℃下18小时。

探针及红宝石轴承规格：探针：φ0.5＋0.004×21mm

红宝石轴承φ内0.5＋0.005～0.006mm

厚0.35mm，高1mm

图4为平面弹簧片，把铍青铜片按切割机床加工要求剪切迭厚加工成图示的规格，然后焊接在图1中的四芯屏蔽电缆导线12上。再用0.5mm厚的四氟塑料片作绝缘层安装在图1的活动铜套15上。

制成的探针头达到如下指标：

探针间距：1.00±0.01mm

探针最大机械游移误差：≤±0.5％

探针系数：0.628±1％cm

针间绝缘电阻：＞10⁹Ω