數(shù)字式半導(dǎo)體電阻率測試方法及系統(tǒng)研究.pdf

1、電阻率是半導(dǎo)體材料的重要電學(xué)參數(shù)之一，是判斷材料摻雜濃度的主要依據(jù)。半導(dǎo)體材料電阻率的測量在集成電路制造行業(yè)中有著重要意義。四探針法是半導(dǎo)體材料及器件電阻率測試中經(jīng)常采用的一種方法，該方法原理簡單、數(shù)據(jù)處理簡便，為科研及生產(chǎn)單位廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的四探針測試儀，由于采用分立元件，精度低，可靠性和穩(wěn)定性差，且需要手動換檔調(diào)節(jié)電流，效率低，已經(jīng)落后于時代發(fā)展。隨著嵌入式技術(shù)的日趨完善和推廣，測試系統(tǒng)集成化和數(shù)字化已經(jīng)成為各類儀器、儀表的發(fā)展方向

2、。因此，對傳統(tǒng)四探針法測試裝置的數(shù)字化研究和改進(jìn)具有非常重要的意義和實(shí)際開發(fā)價(jià)值。
　　 本文首先從半導(dǎo)體電阻率的概念和主要測試方法出發(fā)，著重研究了四探針電阻率測試原理，系統(tǒng)組成，并分析確定了幾個難點(diǎn)；對不同幾何形狀及邊界條件的半導(dǎo)體材料所采用的各種修正進(jìn)行了詳細(xì)的理論推導(dǎo)。然后簡要介紹了基于單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法及流程。通過對不同電路方案的分析和比較，結(jié)合嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念，最終提出并設(shè)計(jì)了一種以AVR單片機(jī)為核心的數(shù)字式

3、四探針測試系統(tǒng)。
　　 硬件方面，文中依據(jù)功能劃分詳細(xì)論述了組成四探針測試系統(tǒng)的各個模塊，特別是恒流源和電位差測量這兩個關(guān)鍵部分。在恒流源模塊中，為實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，設(shè)計(jì)了基于DA的V-I變換電路；為解決探針與半導(dǎo)體的接觸電阻及不同電阻率材料的測量問題，仿真并實(shí)現(xiàn)了OP放大器加擴(kuò)流管高端高電壓恒流結(jié)構(gòu)。在電位差測量模塊中，采用內(nèi)置PGA和數(shù)字濾波器的AD7705芯片，從而簡化了電路結(jié)構(gòu)；為避免電位差測量時的高共模電壓，采用了磁耦合方式

4、對AD部分進(jìn)行了電氣隔離。在人機(jī)接口模塊中，采用了4×4矩陣鍵盤輸入，將采集并通過微控制器處理的數(shù)據(jù)，直觀地在128×64圖形點(diǎn)陣LCD上顯示出來。同時，也預(yù)留了上位機(jī)通訊接口，以便于功能擴(kuò)展。軟件方面，給出了系統(tǒng)軟件構(gòu)架，結(jié)合硬件詳述了各功能模塊驅(qū)動編寫，重點(diǎn)討論了針對AD采集的數(shù)據(jù)處理：軟件濾波算法。
　　 最后，設(shè)計(jì)了印刷電路板并裝配成整機(jī)。對設(shè)計(jì)的數(shù)字式四探針測試系統(tǒng)進(jìn)行了分模塊調(diào)試和整機(jī)性能測試。通過對多種不同電阻率樣