２０１３拄 仪表技术与传感器 Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ａｎｄ Ｓｅｎｓｏｒ ２０１３ ＮＯ．８ 第８期 半导体材料测试仪器的设计与制作 柯晓娟，周凤星，张坤 ４３００８１） （武汉科技大学，冶金自动化及检测技术教育部工程研究中心，湖北武汉摘要：设计了一种在不同温度条件下测量半导体材料电阻率和电动势率的仪器，实现了在不同温度下半导体材料电 阻率和电动势率的精确测量；采用电阻炉构建了温度可变的测试环境，电阻炉是具有大滞后特性的被控对象，控制系统中 采用大林算法，实现了快速升温过程，控制精度达到了±３℃． 关键词：半导体材料；电阻率；电动势率；大林算法 中图分类号：ＴＰ２７３ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００２—１８４１（２０１３）０８—００２８—０２ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｐｒｏｄｕｃｔ ｏｆ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｔｅｓｔ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ＫＥ Ｘｉａｏ－ｊｕａｎ，ＺＨＯＵ Ｆｅｎｇ－ｘｉｎｇ，ＺＨＡＮＧ Ｋｕｎ （Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＥｎＯｎｅｅｒｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ ｆｏｒ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｄｅｔｃｔｅｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｆ ｏＥｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｗｕｈａｎ ４３００８１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ａ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ ｒａｔｅ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｉｒｃ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｒａｔｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ａｎｄ ｒｅａｌｉｚｅｄ ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｔｅ ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ ｒａｔｅ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｒａｔｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ａｂｏｕｔ ｓｅｍｉ— ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｍａｔｅｒｉｌ ｉａｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｉｔ ａｐｐｌｉｅｄ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｆｕｒｎａｃｅ ｉｎ ｔｈｅ ｖａｒｉａｂｌｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｔｅｓｔ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｆｕｒｎａｃｅ ｈａｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ａ ｌａｒｇｅ ｌａｇ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｏｂｊｅｃｔ．Ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ａｄｄｓ Ｄａｈｌｉｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｆｏｒ ａｃｈｉｅｖｉｎｇ ａ ｒａｐｉｄ ｈｅａｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ．ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｉｓ ｂｅｔｗｅｅｎ一３℃ａｎｄ＋３℃． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｍａｔｅｒｉａｌｓ；ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ ｒａｔｅ；ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｒａｔｅ；Ｄａｂｌｉｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ０引言 ＡＤＡＭ一３０１３一ＤＳ温度转换模块，将０～６００℃的温度信号转换 随着半导体冶金技术的发展，半导体材料的使用越来越广 为０～５ Ｖ的电压信号，传感器变送比为６００：５。将采集的电 压信号滤波、放大处理后，再经Ａ／Ｄ转换模块采集到单片机并 通过通信接口送给上位机处理。 对于测量部分，使用长、宽、高已知的长方体半导体样品， 放置于电阻炉中的固定装置中，将铜电极、样品和标准电阻 （采用１ ｎ精密电阻）及方波发生器组成回路，方波发生器用双 极性恒流源实现，电阻率测量方法如图２所示。 泛，对半导体材料的性能要求也越来越高。半导体材料在不同 温度条件下测得的电阻率和电动势率是判断其性能好坏的重 要指标。通过测量电阻率和电动势率，可以确定半导体材料的 功率因子、计算材料的掺杂浓度。为了对半导体材料的性能做 出快速而精准的判断，检测半导体材料在不同温度下的电阻 率、电动势率是非常必要的：设计并制作了一种可以在不同温 度下测量电阻率及电动势率的检测系统，可以作为半导体材料 研发的有效检测仪器。 １系统组成 系统分成控制和测量两部分。控制部分主要控制电阻炉 的炉温，使得半导体处于要求的温度，在此环境之下进行电阻 率和电动势率的测量。控制系统的结构框图如图１所示。 Ａ／Ｄ ｉｓ， 图２电阻率测量图 电阻率测完后，断开图２测试回路，启动微型加热器，使得 样品之间产生温差，然后测试铜电极之间电压，进行电动势率 Ａ Ｃ５２ 测量，测量方法如图３所示。 热电偶 热电偶 电加热炉 继电器控制 ＝ 图１炉温控制系统框图 系统使用２个铜块作为夹具，在铜块中靠近样品处打孔插 上Ｐｔｌ００热电偶，以冷端温度作为炉温，２只热电偶分别连接 收稿日期：２０１２—０８—２６收修改稿日期：２０１３—０３—１０ 图３电动势率测量图
