电阻率是半导体材料中一个很重要的性能指标,通过对它的测量可以得到材料的掺杂浓度等重要信息,它将直接影响到生产出来的器件的性能。为了适应集成电路快速发展的需要,对半导体材料提出了更高的检测要求:不仅要简便、快捷、准确,而且必须符合每个工艺流程的需要。这不仅需要完善的设计工具和稳定的工艺制备能力,还需要可靠性好、精度高的测试手段。直流四探针法已经成为半导体生产工艺和其他行业中应用最为广泛的工艺监控手段之一,随着“嵌入式”技术的日趋完善和推广,智能化数字式成为各类测试仪发展的方向,因此,对智能化半导体测试技术的研究有着非常重要的意义和实际开发价值。 本文首先从范德堡原理出发,详细分析四探针电阻率测试原理,对不同形状、尺寸的半导体材料所采用的各种算法和修正方法进行深入仔细的推导,在比较几种测试方法的基础上确立了直流四探针测试法;设计并开发了一种以MSP430单片机为核心的智能化数字式直流四探针电阻率测试仪。该测试仪采用高精度的斩波稳零运放技术消除了因输入信号微弱而引起的误差;恒流源采用了两个不同形式的电路,不同电阻率的样品可自动进入适合放大电路中;通过软件补偿算法减小了温度对测量结果的影响;编写通信协议实现了测试仪与PC机的联机通讯,可对因样品厚度、边距等因素引起的测试误差进行修正,提高了仪器的测量精度;运用硬、软件相结合的方式,完成了测量中量程自动切换的功能,最后,根据所采用的直流四探针电阻率测试法的需要给出了它的准测条件。所开发的测试仪通过实际运行检查达到了设计要求,已投入使用之中,整体效果良好,证明了本文研发成果的有效性和实用价值。 本课题的创新之处在于:开发的智能化测试仪能够根据不同的样品自动切换量程以保证测试的精度;引入了先进的温度补偿技术,以减小温度漂移对测量结果的影响;既可独立工作,又可通过RS-232接口与PC机通信,从而大地提高了仪器的数据处理能力,进一步提高了测量精度。