專利名稱：電阻率測量裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測量裝置，特別是涉及一種電阻率測量裝置及方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有對半導(dǎo)體零件電阻率的測量，多采用接觸式測量，接觸式測量通常是借助于 四端電極進行的，在待測的半導(dǎo)體零件試樣體積較小或電阻率很低的情況下，會出現(xiàn)較大 的誤差，也就是測量得到的電阻率會明顯高于它的實際電阻率值。另一方面接觸式測量的 測量電極及被測試樣的表面容易污染，形成氧化物，使待測的半導(dǎo)體零件試樣和電極難以 有良好接觸，也會進一步增大測量誤差。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，本發(fā)明實施例提供一種電阻率測量裝置及方
法，利用渦流變化以無接觸方式對半導(dǎo)體材料的電阻率進行測量，可以在電阻率很寬的范
圍內(nèi)實現(xiàn)對半導(dǎo)體材料電阻率的測定，會避免因接觸測量造成的誤差。 本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的 本發(fā)明實施例提供一種電阻率測量裝置，其特征在于，包括 兩個測量線圈、兩個平衡線圈、正弦波發(fā)生器和測量電路； 所述第一測量線圈與所述第一平衡線圈串聯(lián)連接組成初級線圈，所述第二測量線
圈與所述第二平衡線圈反向串聯(lián)連接組成次級線圈；兩個測量線圈相對設(shè)置并間隔一定距
離，兩個平衡線圈相對設(shè)置并間隔一定距離，且兩個平衡線圈之間的距離能調(diào)節(jié)； 所述組成的初級線圈與正弦波發(fā)生器的電源輸出端連接，所述組成的次級線圈與
測量電路連接，測量電路用于檢測并處理所述次級線圈中感應(yīng)出的電壓，得出被測試樣中
產(chǎn)生的渦流電壓并對其進行顯示。 所述兩個測量線圈均為具有10匪繞組的線圈。
所述兩個平衡線圈均為具有10匝繞組的線圈。
所述正弦波發(fā)生器包括
振蕩器、功率放大器和電流控制器； 所述振蕩器的輸出端與功率放大器連接，功率放大器的輸出端作為電源輸出端，
功率放大器的一路輸出端上設(shè)置電流控制器。 所述測量電路包括 測量信號放大器、同步檢波器、指示儀表和同步基準(zhǔn)處理器； 所述測量信號放大器經(jīng)同步檢波器與指示儀表連接，同步基準(zhǔn)處理器與同步檢波 器連接。 所述測量信號放大器由前置放大器、中間放大器和調(diào)諧放大器依次連接而成。
所述同步檢波器由混頻器、低通濾波器和連接放大器依次連接而成，所述連接放 大器的輸出端用于與指示儀表連接。
所述同步基準(zhǔn)處理器由放大器、移相器和施密特觸發(fā)器依次連接而成，所述放大 器的輸入端用于與所述正弦波發(fā)生器的電源輸出端連接。
本發(fā)明實施例還提供一種電阻率測量方法，包括
采用上述的測量裝置； 將被測試樣放置在所述測量裝置的兩個測量線圈之間，由測量裝置的正弦波發(fā)生 器為測量裝置的初級線圈供電； 正弦波發(fā)生器的正弦波電流Ip通過初級線圈的第一測量線圈時，產(chǎn)生一個交變的 磁場，在被測試樣內(nèi)產(chǎn)生渦流； 在次級線圈的第二測量線圈的輸出端子上產(chǎn)生一個電壓V，通過測量裝置的測量 電路對該電壓V進行放大器鎖定、同步檢波處理后得到電壓V中被測試樣內(nèi)電渦流磁場感 生的分量電壓、，通過該分量電壓、與被測試樣的電阻率P成反比的關(guān)系，即可得出該被 測試樣的電阻率P 。 所述方法還包括在測量被測試樣之前，通過用已知電阻率的試樣對測量裝置進 行校正。 從上述本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案中可以看出，本發(fā)明實施例通過兩個測量線 圈、平衡線圈連接后，在正弦波發(fā)生器和測量電路的配合下，利用渦流法以無接觸方式方便 的對材料的電阻率進行測量，克服了通過表面電極接觸測量的缺點。該測量裝置具有結(jié)構(gòu) 簡單、測量方便，測量精度高等優(yōu)點。


圖1為本發(fā)明實施例的電阻率測量裝置中的初級線圈與次級線圈的連接示意圖；
圖2為本發(fā)明實施例的電阻率測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖中各標(biāo)號為l-第一測量線圈；2-第二測量線圈；3_被測試樣；1' _第一平衡 線圈；2'-第二平衡線圈。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。
實施例 本實施例提供一種電阻率測量裝置，是一種利用渦流法以無接觸方式測量材料電 阻率的裝置，如圖1、2所示，該裝置包括兩個測量線圈1、2，兩個平衡線圈1' 、2'，正弦波 發(fā)生器和測量電路； 其中，所述的第一測量線圈1與第一平衡線圈1'串聯(lián)連接組成初級線圈，所述的 第二測量線圈2與第二平衡線圈2'反向串聯(lián)連接組成次級線圈；第一測量線圈1與第二 測量線圈2相對設(shè)置并間隔一定距離，兩個測量線圈1、2之間的空間作為放置被測試樣3 的空間，第一平衡線圈l'與第二平衡線圈2'相對設(shè)置并間隔一定距離，且兩個平衡線圈 1' 、2'之間的距離可以調(diào)節(jié)；實際中，兩個測量線圈1、2均采用具有10匝繞組的線圈，兩 個平衡線圈l' 、2'也均采用具有10匝繞組的線圈，兩個平衡線圈1' 、2'與兩個測量線 圈1、2之間保持一定距離，以避免測量過程中線圈的磁性造成相互影響；第一測量線圈1與 第一平衡線圈1'串聯(lián)所組成的初級線圈與正弦波發(fā)生器的電源輸出端連接，第二測量線
4圈2與第二平衡線圈2'反向串聯(lián)所組成的次級線圈與測量電路連接，測量電路用于檢測
并處理次級線圈中感應(yīng)出的電壓，得出被測試樣3中產(chǎn)生的渦流電壓并對其進行顯示，通
過得出被測試樣中產(chǎn)生的渦流電壓可進一步得出被測試樣3的電阻率。 上述測量裝置中的正弦波發(fā)生器如圖2所示，包括振蕩器、功率放大器和電流控
制器；其中，振蕩器的輸出與功率放大器連接，功率放大器的輸出端作為電源輸出端與第一
測量線圈1與第一平衡線圈1'串聯(lián)所組成的初級線圈連接，功率放大器的一路輸出上設(shè)
置電流控制器。 上述測量裝置中的測量電路如圖2所示，包括測量信號放大器、同步檢波器、指 示儀表和同步基準(zhǔn)處理器；其中，測量信號放大器經(jīng)同步檢波器與指示儀表連接，同步基準(zhǔn) 處理器與同步檢波器連接。 上述測量裝置中的測量信號放大器由前置放大器、中間放大器和調(diào)諧放大器依次 連接而成；同步檢波器由混頻器、低通濾波器和連接放大器依次連接而成，連接放大器的輸 出端用于與指示儀表連接；同步基準(zhǔn)處理器由施密特觸發(fā)器、移相器和放大器依次連接而 成，放大器的輸入端用于與正弦波發(fā)生器的電源輸出端連接，施密特觸發(fā)器的輸出端與同 步檢波器的混頻器連接。 上述測量裝置測量被測試樣3時，將被測試樣3放置在第一測量線圈1與第二測 量線圈2之間，當(dāng)正弦波電流Ip通過第一測量線圈l(初級線圈)時，產(chǎn)生了一個交變的磁 場，因而在被測試樣3內(nèi)產(chǎn)生了渦流；在第二測量線圈2 (次級線圈)的端子上感應(yīng)出一個 電壓V，該電壓V是由兩部分分量電壓疊加而成，一部分是由第一測量線圈1的交變磁場感 生的電壓K，另一部分則是被測試樣3內(nèi)電渦流磁場感生的電壓^，而、比K在相位上超 前90° ; 電壓V輸出至測量電路，兩個分量Vi和V2通過測量電路進行放大器鎖定、同步檢 波后可以消除分量電壓Vp只保留與^正交的分量電壓、，相位鑒別由兩個平衡線圈1'、 2'組成的補償器進行精確調(diào)整； 這樣測得的分量電壓V2顯示在測量電路的指示儀表上，由電磁學(xué)知識可知，鐵磁 材料在磁化時產(chǎn)生渦流的大小和其電阻率成反比，所以分量電壓V2的值與被測試樣3的電 阻率P成反比，即當(dāng)該測量裝置的各參數(shù)(如各線圈的幾何尺寸、線圈之間的距離等)確 定后，被測試樣的電阻率P與測量得到的分量電壓、之積P、是一常數(shù)，因此，可用電阻 率已知的標(biāo)準(zhǔn)試樣對該測量裝置進行校正，求出這一常數(shù)值，則在測量電阻率P未知的被 測試樣時，根據(jù)測量得到的被測試樣在測量裝置中因電渦流磁場感生的分量電壓^的值， 利用已測得的常數(shù)值，即可得出被測試樣的電阻率的數(shù)值。 上述測量裝置測量被測試樣3的電阻率時，可通過兩個平衡線圈對測量裝置進行 補償 為了使測量值只包含有電渦流磁場產(chǎn)生的分量電壓、，應(yīng)除去由激勵磁場產(chǎn)生的 分量電壓Vp為了使鑒別準(zhǔn)確，K的值不能過大，尤其是不到大到與V2的值相比，并且還要 精確地確定分量電壓^的特征基準(zhǔn)相位，這可以通過調(diào)整與第一、第二測量線圈1、2連接 的第一、第二平衡線圈1' 、2'來實現(xiàn)(參見圖l)，具體為 在沒有被測試樣3時，次級線圈的第二測量線圈2上出現(xiàn)一個電壓V^，該電壓Vla 由初級線圈的第一測量線圈1的激勵磁場感生得到；同樣，在第二平衡線圈2'上由第一平衡線圈1'的激勵磁場感生也得到一個確定的電壓Vn，在電阻和電容的某些影響忽略不計 的情況下，在整個次級線圈(第二測量線圈2與第二平衡線圈2'連接而成)上所集的電壓 之差為Vla-Vlb(因為第二測量線圈2與第二平衡線圈2'是反接的)，即次級線圈上由激勵 磁場感生的分量電壓K是由Vla-Vlb之差確定的，而Vla和Vlb，是同相位的(因為第一測量 線圈和第一平衡線圈l'的激勵磁場是由同一個初級電流Ip供給的)。所以，通過改變第 一平衡線圈l'與第二平衡線圈2'之間的距離就可以改變Va，使Vn與Vh盡量接近，以使 K = Vla-Vlb減小到和V2相比可以忽略的程度，即在沒有被測試樣3時，測量電路的指示儀 表的值近于零，從而提供了有效的補償，保證了該測量裝置的測量精度。
同時，調(diào)節(jié)第一平衡線圈l'與第二平衡線圈2'之間的距離，還可以調(diào)準(zhǔn)同步檢 波基準(zhǔn)的相位，這種調(diào)節(jié)是通過改變第一平衡線圈1'與第二平衡線圈2'之間的距離使 分量電壓K變化，并且通過調(diào)整移相器，使分量電壓K的變化不再對同步檢波的輸出信號 發(fā)生影響。在沒有噪聲的情況下，調(diào)整后輸出信號就會等于零。 第一平衡線圈l'與第二平衡線圈2'的另一個作用是能補償由第一測量線圈1 與第二測量線圈2之間的電容耦合產(chǎn)生的影響。在電阻率較大的范圍內(nèi)工作時，在高頻下 這樣的耦合會使待測的分量電壓^產(chǎn)生干擾分量，此時，在第一平衡線圈1'與第二平衡線 圈2'之間放置一個與被測試樣3形狀基本相同但電阻率較大的金屬板，就能補償?shù)谝粶y 量線圈1與第二測量線圈2之間的電容耦合產(chǎn)生的影響。 采用上述的測量裝置對被測試樣的電阻率進行測量時，具體包括下述步驟
將被測試樣放在所述測量裝置的兩個測量線圈之間，由測量裝置的正弦波發(fā)生器 為初級線圈供電； 正弦波發(fā)生器的正弦波電流Ip通過初級線圈的第一測量線圈時，產(chǎn)生一個交變的 磁場，在被測試樣內(nèi)產(chǎn)生渦流； 在次級線圈的第二測量線圈的輸出端子上產(chǎn)生一個電壓V，該電壓V包括第一測 量線圈1的交變磁場感生的電壓K和被測試樣3內(nèi)電渦流磁場感生的電壓、，通過測量裝 置的測量電路與兩個平衡線圈的配合，對該電壓V進行放大器鎖定、同步檢波處理后得到 電壓V中被測試樣內(nèi)電渦流磁場感生的分量電壓、，通過該分量電壓V2與被測試樣的電阻 率P成反比的關(guān)系，即可得出該被測試樣的電阻率P 。 所述方法還包括在測量被測試樣之前，通過用已知電阻率的材料試樣對測量裝 置進行校正。 綜上所述，本發(fā)明實施例提供的測量裝置，通過兩個測量線圈、兩個平衡線圈連接 成初級線圈與次級線圈，在與正弦波發(fā)生器和測量電路的配合下，可以無接觸方式對零件 電阻率進行測量，具有結(jié)構(gòu)簡單、測量精確的優(yōu)點，很好的克服了通過表面電極接觸測量的 缺點。 以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護范 圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種電阻率測量裝置，其特征在于，包括兩個測量線圈、兩個平衡線圈、正弦波發(fā)生器和測量電路；所述第一測量線圈與所述第一平衡線圈串聯(lián)連接組成初級線圈，所述第二測量線圈與所述第二平衡線圈反向串聯(lián)連接組成次級線圈；兩個測量線圈相對設(shè)置并間隔一定距離，兩個平衡線圈相對設(shè)置并間隔一定距離，且兩個平衡線圈之間的距離能調(diào)節(jié)；所述組成的初級線圈與正弦波發(fā)生器的電源輸出端連接，所述組成的次級線圈與測量電路連接，測量電路用于檢測并處理所述次級線圈中感應(yīng)出的電壓，得出被測試樣中產(chǎn)生的渦流電壓并對其進行顯示。
2. 如權(quán)利要求1所述的電阻率測量裝置，其特征在于，所述兩個測量線圈均為具有10 匝繞組的線圈。
3. 如權(quán)利要求1所述的電阻率測量裝置，其特征在于，所述兩個平衡線圈均為具有10 匝繞組的線圈。
4. 如權(quán)利要求1所述的電阻率測量裝置，其特征在于，所述正弦波發(fā)生器包括 振蕩器、功率放大器和電流控制器；所述振蕩器的輸出端與功率放大器連接，功率放大器的輸出端作為電源輸出端，功率 放大器的 一路輸出端上設(shè)置電流控制器。
5. 如權(quán)利要求1所述的電阻率測量裝置，其特征在于，所述測量電路包括 測量信號放大器、同步檢波器、指示儀表和同步基準(zhǔn)處理器；所述測量信號放大器經(jīng)同步檢波器與指示儀表連接，同步基準(zhǔn)處理器與同步檢波器連接。
6. 如權(quán)利要求1所述的電阻率測量裝置，其特征在于，所述測量信號放大器由前置放 大器、中間放大器和調(diào)諧放大器依次連接而成。
7. 如權(quán)利要求1所述的電阻率測量裝置，其特征在于，所述同步檢波器由混頻器、低通 濾波器和連接放大器依次連接而成，所述連接放大器的輸出端用于與指示儀表連接。
8. 如權(quán)利要求1所述的電阻率測量裝置，其特征在于，所述同步基準(zhǔn)處理器由放大器、 移相器和施密特觸發(fā)器依次連接而成，所述放大器的輸入端用于與所述正弦波發(fā)生器的電 源輸出端連接。
9. 一種電阻率測量方法，其特征在于，包括 采用上述權(quán)利要求1所述的測量裝置；將被測試樣放置在所述測量裝置的兩個測量線圈之間，由測量裝置的正弦波發(fā)生器為 測量裝置的初級線圈供電；正弦波發(fā)生器的正弦波電流Ip通過初級線圈的第一測量線圈時，產(chǎn)生一個交變的磁 場，在被測試樣內(nèi)產(chǎn)生渦流；在次級線圈的第二測量線圈的輸出端子上產(chǎn)生一個電壓V，通過測量裝置的測量電路 對該電壓V進行放大器鎖定、同步檢波處理后得到電壓V中被測試樣內(nèi)電渦流磁場感生的 分量電壓、，通過該分量電壓、與被測試樣的電阻率P成反比的關(guān)系，即可得出該被測試 樣的電阻率P 。
10. 如權(quán)利要求9所述的電阻率測量方法，其特征在于，所述方法還包括 在測量被測試樣之前，通過用已知電阻率的試樣對測量裝置進行校正。
全文摘要
本發(fā)明公開一種電阻率測量裝置及方法，利用渦流變化對半導(dǎo)體材料電阻率的測定。該裝置包括第一測量線圈與所述第一平衡線圈串聯(lián)連接組成初級線圈，第二測量線圈與所述第二平衡線圈反向串聯(lián)連接組成次級線圈；初級線圈與正弦波發(fā)生器的電源輸出端連接，次級線圈與測量電路連接。正弦電流通過初級線圈時，產(chǎn)生交變的磁場，在試樣內(nèi)產(chǎn)生渦流。在次級線圈上產(chǎn)生電壓V，它由兩部分疊加而成，其一是初級線圈的交變磁場感生的電壓V1，另一部分是試樣內(nèi)電渦流磁場感生的電壓V2，同步檢波消除V1，當(dāng)該裝置的幾何尺寸、距離等各參數(shù)確定后，試樣的電阻率ρ與測量的渦流電壓V2之積ρV2是一常數(shù)，預(yù)先用電阻率已知的試樣對該裝置校正后，測得V2就可測出ρ值。
文檔編號G01R27/02GK101788611SQ201010119759
公開日2010年7月28日 申請日期2010年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月24日
發(fā)明者張志軍, 張曉英, 張起祥 申請人:湖州師范學(xué)院