GB T 1551-1995 硅、锗单晶电阻率测定 直流两探针法.pdf

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1、号UDC 669. 7821. 783 621. 317 . 33 日21、直2去/Jl6 .=I. J，、单目目目GB/T 1551-1995 Test method for resistivity of silicon and germanium bars using a two-point probe . 1995-04-18发布1995-12-01实施国家技术监督局发布 中华人民共和国国家标准硅、错单晶电阻率测定直流两探针法Test method for resistivity of silicon and germanium bars using a two-point probe

2、1 主题内容与适用范围本标准规定了用直流两探针测量硅和错单晶键电阻率的方法GB/T 1551-1995 代替GB1551-79 GB 5253-85 本标准适用于测量截面积均匀的圆形、方形或矩形单晶饺的电阻率测量范围g硅单品为10100 cm，错单品为5iolOflcm0试样长度与截面最大尺寸之比应不小于3f lo 2 引用标准GB 1550硅单晶导电类型测定方法GB/T 1552硅、错单晶电阻率测定直排四探针法GB 5256错单晶导电类型测量方法3方法提要让直流电流I通过试样两端，并使A、B两根探针垂直压在试样侧面，测量A、B两根探针间的电位主主V，见图lo若试样的横截留积为A，探针问J!为

3、5，则试样的电阻率p可用式（1）计算g式中gp一电阻率，n.cm; v一一两探针间的电位差，V;I一一通过试样的直流电流，A;A一试样的裁面积，cm;S一一两探针间的探针间距，cm。国家技术监督局1995-04-18批准A V p= - -S I 川（1 ) 1995-1.2-01实施1 二1551-1995 GB/T 电！主选择开关量字电压在战咆位差计恒旅晖电Jm盐拷开关B A 试伴标准电阻i则茧电路示意图图1试J与材料4 镀铜混合液t称取20g硫酸铜CuSO, 5H,0）溶解在90mL去离子水中，再加入15ml.氢氟4. 1 去离子水，25电阻率大于2Mn cm, 4. 2 丙酣化学纯。4

4、.3 乙醇（化学纯）。4. 4 端面欧姆接触材料，可任选一种使用。4.4. 1 肢体石墨液，由60g水与40g 22%的胶体石墨混合而成。4.4.2 银浆混合液，由2份丙闹和4份甲醇及1份导电银浆混合而成。4.4.3锢馅4. 4. 4 镀镣混合液s称取30g氯化镇（NiCl, 6H,O）、50g氯化钱、15g次亚磷酸销（NaH,PO, H,0）、65g拧棱酸二纳（Na,HC,H,O，）溶解于烧杯中，然后移入1000 mL容量瓶中，用水稀释至J度，i昆匀。4. 4. 5 酸。4. 5 磨料，W28(2028m）金刚砂。设备与仪器5 5. 1 制样设备，包括切片机、滚磨及啧砂设备等。5.2探针装置

5、由以下几部分组成。5.2. 1 探针架，能保证探针与试样接触位置重复，无横向移动。5.2.2探针，用钧、饿、碳it鸽或合金钢等耐磨硬质材料制成。探针问及探针与其他部分之间的绝缘电阻应大于ion.探针间距标称值为14.7 mm及10mm，探针压力应为1.750. 25 N。5. 3 电学测量设备由以下几部分组成。5.3. 1 恒流源，电流量程o.01 mAlA，稳定度在土0.5%以内。5. 3. 2 电流换向开关。5.3.3双掷双刀电位选择开关。5. 3. 4 数字电压表或其他相当的仪表，量程10.l v，输入阻抗一般大于ron，分辨率为3!/z位有效2 GB/T 1551 1995 数字5.

6、3. 5标准电阻和模拟电阻，推荐值见表1.表1与电阻率范围适应的模拟测试电路电阻以及推荐的标准电阻值电阻率，n.cm 标准电阻R，和模拟电阻儿，。0.001 。0010.01 0 01 O. I 0 I !. 0 1. 0 10 10 10 108 I 008 I 000 5. 3. 6模拟电路，见图2.V，才T I I v R = (300士30T图2也阻率测量的模拟电路5,4 导电类型测定设备。5,5工具显微镜，分辨率1flill。5.6测微器或卡尺，分辨率为士0.05 mm或更高。5. 7化学实验室设备z塑料烧杯，镀塑慑子，废液盛器及通风橱5.8温度汁，范围。40，分辨率。1。6试样准备

7、, 6. 1 按GB1550或GB5256测定试样的导电类型，沿长度每隔lcmi则一次，整个晶体上只出现一种导电类型才满足本标准方法的要求，否则不能测量。6.2 圆柱形试样用喷砂或研磨方法在晶体圆周侧面上制备宽35mm的测量道，并在与该测量道成90的侧面上制备宽度相同的第二测量道。6.3 试样两端面用磨料（4. 5）喷砂或研磨6.4 试样用丙闹清洗，乙醇漂洗后吹干。6.5选用4.4条中任何一种材料在试样两端制成欧姆接触。6.6试样各测量点的截面积与整个试样平均截面积之差必须在士1%以内，否则不宜使用本方法。7 测量程序7, 1 试样平均截面积的测定7, 1. 1 圆柱形试祥沿试祥氏度以适当等距

8、离间隔分别测量并记录2条垂直的直径，以这二条直径的平均值计算各测量点的截面积A，利用所有的A，值计算整个试样的平均截面积A。3 GB/T 1551-1995 7. 1. 2方形或矩形试样沿试样长度以适当等距离间隔，分别测量并记录截面的长度和宽度，计算各测量点的截面积A，根据所有的A，值计算整个试样的平均截面积Ao7.2测试设备的适用性检查仲裁测量前必须进行以下步骤g7. 2. 1 按GB/T1552的5.2条确定探针的问距和状态。1.2.1.1 测量10组探针压痕对的位置A、B、c、D，见图3。计算10组探针间距S，、平均探针间距王及探针间距标准偏差5，。1.2.1.2探针间距的标准偏差s，小

9、子平均探针问距s的0.25%的探针是合格的。A B c D 图3探针压痕对的测量位置1.2.2按GB/T1552硅错单晶电阻率直排四探针测量方法5.3条确定电气设备的适用性。1.2.2. 1 测定5组模拟电路的电压降或10组模拟电路的电阻值7.2.2.2计算10.不模拟电阻R，和模拟电阻的平均值瓦，及模拟电阻的标准偏差s. 1.2.2.3将7.2. 2. 1条测得的数据及按7.2. 2. 2条计算的结果分别填入表201.2.2.4 模拟电阻的平均值瓦必须在模拟电阻已知值R.的0.3%以内。7.2.2.5 模拟电阻的标准偏差s.应不大于模拟电阻平均值瓦的0.3%。4 测量次数No 标准电阻R,模

10、拟电阻R.标准偏差s.日期v,mv R.1，。-F 表2模拟电路测量数据表V,1,mV V盯，mV. R”,n No. R.,.n V.,mV R.，口GB/T 1551-1995 7,3测量7, 3. 1 把试样放在导电极板之间，将探针降低到测量道上，使探针垂直压在晶体侧面测量道上。第一测量点在离端面2cm处，测量距离从两根探针的中心算起7, 3. 2如果电阻率未知，从低电流开始逐渐增加电流，直到两个电压探针之间测到10mV左右的电位差7. 3, 3测量环境温度T，准确到0.27. 3, 4 测量标准电阻上的电压降V川mV），或直接测量试样电流1,. 7,3,5测量两根电压探针之间的电压降V

11、1(mV).7. 3. 6将电流反向。7. 3. 7测量标准电阻上的电压降v,(mV），或直接测量试样电流I,.7. 3. 8测量两根电压探针上的电压降V,(mV).7. 3. 9 将探头升高并向另一端面方向移动适当距离（与7.1条移动距离相同，重复7.3. 4 7. 3. 8步骤，直到两探针中心与另一端面相距在Zcm内7. 3. 10在第二测量道上重复7.3. 4 7. 3. 9步骤7, 3, 11 重复7.3. 4至7.3. ia步骤，直割取得5组数据为11:.7. 3. 12若晶体长度小子4cm时，可将测量点置于同二端面欧姆接触等距离处按7.3. 4 7. 3. 8及7. 3. 10 7

12、. 3. 11步骤重复5次7. 3. 13将以上5组数据分别记录在表3中表3两探针测量数据表标准电阻探针间距试样编号平均截面积导电类型测点离起始端面的距离，cm测量道测量次数叭，mV民，mVV,mV V町，mVJ,mA l,mA T 1 2 1 3 4 5 1 . 2 2 3 4 5 测量结果计算8 5 8. 1 探针问llP.s，、平均探针间!IE!s及探针间距标准偏差s，的计算a. 1. 1 探针间llP.s，的计算zF唱、飞ALGB/T 1551-1995 式中：s，一一探针间距，cm;A、B、C和D为探针压痕对，见图3oi为测量次数，i=l10。a. 1.2平均探针间距王的计算za.

13、1. 3探针间距的标准偏差S，的计算ss = l fis; 10乞1s 1 =- 3 -1 L; S, - S) a.2模拟电阻R，、模拟电阻平均值R.及标准偏差s.的计算a.2. 1 模拟电阻R副的计算gR, = V,R,(V, = V,(l, 式中：R，一一模拟电阻，n,v.模拟电路的电压降，mV;R, 标准电阻的阻抗，n,v.一一标准电阻上的电压降，mV1I，一一通过模拟电路的电流，mA,分别对5组正向及反向数据进行计算，如果直接测量电流，利用式（5）的右式。a.2.2模拟电阻的平均值R，的计算：瓦古兰R血式中：R.，一一模拟电阻的平均值，01R, 模拟电阻，0。a.2.3模拟电阻的标准

14、偏差s.的计算g式中：s. 模拟电阻的标准偏差sR，模拟电阻，!l;瓦一一模拟电阻的平均值，n,6 S，毛2:.;R刷一瓦）, v - 1 . ( 2 ) ( 3 ) ( 4 ) ( 5 ) ( 6 ) . . . ( 7 ) . L一GB/T 15 51一1995a. 3 两探针测量的计算a. 3. 1 正向电流电阻R，和反向电池电阻R，的计算zR, = V,R， = v,;1, R, = V,R,/V盯V,/l, 式中zR，一一正向电流时试样的电阻，!l;R, 反向电流时试样的电阻，!l;I, 通过试样的正向电流，mA;I, 通过试样的反向电流，mA;v, 正向电流时现tl得的试样上的电势

15、差，mV;V, 反向电流时姐tl得的试样上的电势差，mV1v, l r句电流时标准电阻两端的电势差，mV;V，一反向电流时标准电阻两端的电势差，mV;R，一一标准电阻，n.若直接测量电流，则采用式（8）和式（9）中的有式对于仲裁测量，每一对局和R，的值必须满足两者之差小于其中较大值的2%.8. 3. 2 每个测量点每次测量的正、反向平均电阻R，的计算sR; = R. + Rd)/2 式中：R；一一每个测量点每次测量时正、反向平均电阻，向Rn一一每次测量求得的正向电阻，Q; Rri 每次测量求得的反向电阻，O;i 表示5组正反向电阻中的组，i=l5,8. 3. 3 每个测量点的平均电阻袤的计算g

16、R唁R;式中，R.一一每个测量点的平均电阻，O;R；一一每个测量点每次正、反向测量时的平均电阻，。8. 3.4 每个测量点在温度T时的电阻$pT的计算2Pr= RX (A：吉丁式中：Pr 温度T时的电阻率，n.cm; R每个测量点的平均电阻，Q; A 试样的平均截面积，cm;王一一探针平均问距，cm,“( 8 ) ( 9 ) . ( 10 ) . ( 11 ) ( 12 ) 7 L一GB/T 1551一1995a. 3. 5从相应的图表中查出相应的温度系数，按式（13）计算温度修正因子FT:FT= 1 - G(T - 23) .”.( 13 ) 式中gFT一温度修正因子，T一一温度，G一一电阻

17、率的温度系数，0 cm/O cm 硅单晶电阻率温度系数表4，错单晶查图4和图s.o. 01 。.008 0.002 10 10 10 咆阻率，OcmI 10 图4温度系数CT与n型错电阻率的关系曲线8 10 GB/T 1551-1995 0.01 0.008 !i o. 006 .e Ii ；仇割醋瞄圃o.00 - 舍国量22 。- o. 002. 10 10- 10 , 咆阻率.!l四/.- II :i: I 10 图5温度系数Cr与p型错电阻率的关系曲线8.3.6按式（14）计算23的电阻率gp, =Pt Fr 式中sh一一温度23时的电阻率，0 cm1 Pr一一温度T时的电阻率，0 cm

18、1 Fr一温度T时的修正因子，10 ( 14 ) 9 GB/T 1551 1995 表41828范围内的硅的电阻率温度系数电阻率温度系数电阻率温度系数。cm/D cm 回C。cm/n cm 。cm。cmn 型p 型n 型p 型“+ 0，口口06 0. 002 00 0. 001 60 1. 0 0. 007 36 。.007 07 0. 000 8 0. 002 00 0. 001 60 1. 2 0. 007 4 7 0. C7 22 1. 4 0. 007 55 。00734 o. 001 0 0. 002 00 0. 001 58 1.6 0. 007 61 0. 007 44 o. 0

19、01 2 0. 001 84 0. 00 51 2.0 0. 007 68 0. 007 59 0. 001 4 0. 001 69 0. 001 49 2. 5 o. C07 74 0. 007 73 o. 001 6 0. 001 61 0 001 48 口，0020 o. 001 58 o. 001 48 3. 0 。.007 78 0. C07 83 o. 002 5 0. 001 59 0. 001 45 3. 5 0. 007 82 0. 007 91 4 0 0. 007 85 0. 007 97 0. 003 0 0. 001 56 0. 001 37 5 0 0. 007 9

20、1 0. 008 05 o. 003 5 。.001 46 0. 001 27 6.0 0. 007 97 O.COB 11 0 0。10 0. 001 31 0. 001 16 8.0 0. 008 06 0. 008 19 0. OOc 0 0. 000 96 0 000 94 。.00 . 0 0. 000 60 o. 000 74 10 0. 008 13 0 008 25 o. or,s o 0. 000 06 0 000 46 12 0.00818 0 008 29 14 o. 008 22 0 008 32 o. 010 0 000 22 0. 000 31 16 0. 008

21、24 o. 008 35 0.012 o. 000 31 0 000 25 20 0. 008 26 0. 008 40 0 014 o. 000 26 0. 0日025 25 o. 008 27 0 008 45 0.016 o. 000 13 0. 000 29 0.020 0. 000 25 0 000 45 30 0. 008 28 、0008 49 0.025 0. 000 83 0 oco 73 35 0. 008 29 0 008 53 40 0. 008 30 0. 008 57 o. 030 0. 001 39 0. 001 02 50 0. 008 30 o. 008 62

22、 0 035 0. 001 90 0. 001 31 60 0. 008 30 0. 008 67 。.010 0. 002 35 0. 001 58 80 0. 008 30 0. 008 72 o. oso 0. 003 09 0 002 08 0 060 0. 003 64 。.002 51 100 。.008 30 0 008 76 0 080 0. 004 39 0. 003 20 120 0 008 30 o. 008 78 140 0. 008 30 0 008 79 0.10 o. 004 86 0. 003 72 160 0. 008 30 0. 008 80 0. 12 0

23、. 005 17 0. 004 12 200 0. 008 30 0.008 82 o. 14 0. 005 40 0 004 44 250 0. 008 30 0. c 08 84 0. 16 o. 005 58 0. 004 71 0.20 O.C05 85 0. 005 12 3口。0. 008 30 0 008 86 0.25 0. 006 09 0 005 48 350 0. c 08 30 0 008 88 400 o. 008 30 0. 008 91 0.30 o. 006 27 0 005 75 500 0. 008 30 0 008 97 0 35 0. 006 43 0.

24、 005 96 600 。.008 30 0. 009 00 。.40 0. 006 56 0. 006 13 800 0. 008 30 0. 009 00 0.50 0.006 78 0. 006 39 0.60 0. 006 96 o. 006 59 1 000 0. 008 30 0. 009 00 0.80 0. 007 20 0 006 87 注p型硅值只对棚掺杂有效，用斜体字标出的数字为由曲线拟合所得值10 一一一一千-一一一一）GB/T 1 5 51-1 9 9 5 9精密度采用1000 0 cm以下的8根硅单晶键及2150cm的3根错单晶绽，分别在5个实验室进行循环试验，得到

25、本方法的各实验室精密度为土12%(R3S).10试验报告试验报告应包括以下内容za. 试祥编号；b. 试样平均截面积3c. 每个测量点HE!起始端面的距离gd. 探针间距ge. 测量温度zf. 试样每个测量点的电阻率，g. 本标准编号zh. 测量者；l. 测量日期。 附加说明2本标准由中国有色金属工业总公司提出。本标准由上海有色金属研究所负责起草。本标准主要起草人林敏敏、金胜祖、施海青。11 盯白白FFmmF H阁。华人民共和国家标准硅、错单晶电阻率测定直流两探针法GB/T 1551 1995 国中晤中国标准出版社出版北京复兴门外三里河北街16号邮政编码，I 00045 电话，8522112中国标准出版社秦皇岛印刷厂印刷新华书店北京发行所发行各地新华书店经售版权专有不得翻印 开本880Xl2301/16 印张l字数20千字1995年II月第版I995年II月第次印刷印数1-2500 提书号，155066 I-II911 晤274 23 标曰