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電阻率概述：

電阻率是半導體材料最重要的特性參數(shù)之一，通過對其測量，可以掌握樣品中雜質(zhì)濃度的分布情況。因此，在半導體工業(yè)中，必須快速、準確地對硅晶圓片電阻率進行測量和分檔。 本文首先詳細分析了四探針電阻率測試原理，在比較了幾種測試方法的基礎上，確立了矩形四探針法，與國內(nèi)廠家現(xiàn)在普遍采用的直線四探針法相比，用矩形四探針法可以獲得更小的測量微區(qū)，而且其游移偏差也小于直線四探針測量所產(chǎn)生的偏差。 在此基礎之上，將直流四探針測試方法與嵌入式系統(tǒng)相結合，設計出數(shù)字化智能四探針電阻率測試儀，詳細說明了各部分電路的組成及功能，以及相應的軟件設計。該系統(tǒng)依據(jù)直流四探針法原理，采用由16位單片機MSP430控制的高穩(wěn)定度可編程恒流源電路和低溫漂、低噪聲可編程放大器電路，以及自動量程轉換電路等部分構成測量回路，使得該儀器能夠自動識別待測樣品的電阻率，并根據(jù)電阻率大小自動切換量程，既可以獨立工作，又可以通過RS-232接口與PC機通信，大大提高了該測試儀的數(shù)據(jù)處理能力和測量精度，而且操作十分方便高效。該測試儀有較高的實用價值和發(fā)展前景。

電阻率測試原理：

表面電阻率測試儀可用于測量各種織物、地毯、薄膜以及其他絕緣材料的表面比電阻(表面電阻率)，表面比電阻的大小可間接反映試驗材料表面靜電泄漏時間的長短，從而反映試驗材料的帶靜電性能。

　　表面電阻率測試儀測量采用三電極法對試樣進行測試，其試驗裝置主要有平板式電極裝置和高阻計兩部分組成。

　　基本原理是對試樣加入不同擋位的直流電壓，流經(jīng)試樣的微弱電流用標準電阻取樣放大后，從高阻計上讀出。數(shù)字直接顯示出電阻值,精度高、顯示迅速、穩(wěn)定性好、讀數(shù)方便。

　　根據(jù)歐姆定律，被測電阻Rx等于施加電壓V除以通過的電流I。傳統(tǒng)的高阻計的工作原理是測量電壓V固定，通過測量流過取樣電阻的電流I來得到電阻值。

　　從歐姆定律可以看出，由于電流I是與電阻成反比，而不是成正比，所以電阻的顯示值是非線性的，即電阻無窮大時，電流為零，即表頭的零位處是∞，其附近的刻度非常密，分辨率很低。

　　整個刻度是非線性的。又由于測量不同的電阻時，其電壓V也會有些變化，所以普通的高阻計是精度差、分辨率低。

　　本儀器是同時測出電阻兩端的電壓V和流過電阻的電流I，通過內(nèi)部的大規(guī)模集成電路完成電壓除以電流的計算，然后把所得到的結果經(jīng)過A/D轉換后以數(shù)字顯示出電阻值。

　　即便是電阻兩端的電壓V和流過電阻的電流I是同時變化，其顯示的電阻值不象普通高阻計那樣因被測電壓V的變化或電流I的變化而變。

　　所以，即使測量電壓、被測量電阻、電源電壓等發(fā)生變化對其結果影響不大，其測量精度很高()，從理論上講其誤差可以做到零，而實際誤差可以做到千分之幾或萬分之幾。

半導體體積電阻率試驗儀（原理）——功能特點：

l   ZST-212全自動程控電阻率測定儀器采用PLC控制，7寸觸控屏顯示，測試過程全自動，主要用于電工用塑料、層壓制品、薄膜等絕緣材料的表面電阻率、體積電阻率的測量。

l   觸控屏人機界面，數(shù)顯電阻值，自動計算電阻率。

l   表面電阻和體積電阻的測量可通過屏幕按鈕一鍵切換，測量接線無需轉換。

l   測試信號采用三同軸屏蔽線纜輸入，測試精度高。

l   電阻量程檔位自動切換，試驗過程全自動。

l   測試儀器和屏蔽箱一體化，無需外接線。

半導體體積電阻率試驗儀（原理）——主要參數(shù)：

關于電纜半導電屏蔽層電阻率試驗的研究

在中、高壓電力電纜生產(chǎn)過程中，由于制造工藝 的原因，不可避免地在導體的外表面存或突 起，這些突起處的電場非常高，將會導致導體突起處絕緣的交流擊穿場強降低。高的電場必然導致或突起向絕緣中注入空 間電荷“。根據(jù)新的研究成果，注入的空問電荷 將引起絕緣的電樹枝化或水樹枝化o’4。。而絕緣的 外表面和金屬屏蔽之間不可避免她存在空氣間隙， 在電場作用下會引發(fā)問隙放電。為了緩和電纜內(nèi)部 的電場集中，改善絕緣層內(nèi)外表面電場應力分布，提 高電纜的電氣強度，要求在導電線芯和絕緣層、絕緣 層和金屬屏蔽層之間分別加有～層半導電屏蔽層， 稱為導體屏蔽層和絕緣屏蔽層。

國內(nèi)外學者研究表明，控制半導電屏蔽層性能 是改善電纜運行特性、提高電纜運行壽命的重要技術措施，而屏蔽層電阻率是其中的一個重要指標。 在IEC標準中，IEC 60840對電纜半導電屏蔽層一直有電阻率的要求，1EC 60502直到1997年版本才 增加了半導電屏蔽電阻率的試驗要求。我國中高 壓電力電纜現(xiàn)行標準GB／T 12706--2002等效采用了IEC 60502(1997)。近年來，國內(nèi)外所有的6 kV及 以上電力電纜均按照標準進行了導體屏蔽層和絕緣屏蔽層電阻率的試驗。

按照IEC標準和國家標準的附錄中規(guī)定的半導 電屏蔽層電阻率的測試方法進行試驗，我們發(fā)現(xiàn)該 測試方法存在一些問題。比如按照標準所規(guī)定的， 試樣放入預熱到規(guī)定溫度(90。C)的烘箱中，30 min 后測量電阻。但實際上不同導體截面，不同絕緣厚度的電纜，放在同一個烘箱中，經(jīng)過30 rain后，電纜 屏蔽層實際達到的溫度是不相同的，這樣必然導致 測量的結果存在很大的分散性，無法真實反映電纜 屏蔽層的電氣特性；另外標準中沒有對烘箱的技術 參數(shù)進行具體的規(guī)定，由于各個烘箱的熱滯后時間 不同，同一個樣品放在不同制造商生產(chǎn)的烘箱中，在相同的短時間內(nèi)，電纜屏蔽層的溫度也不相同；或者 即使使用同廠同種型號的烘箱，放人試樣的多少也 直接影響30 min后電纜屏蔽層的溫度高低，這樣也 會導致電纜屏蔽層電氣特性測量結果的分散性。

根據(jù)屏蔽層材料的固有特性，屏蔽層材料的電 阻與溫度有很大關系，測試過程中電纜屏蔽層溫度 的不確定性是導致試驗結果的不確定的重要原因之一。為了能夠定量分析電纜中半導電屏蔽層電阻隨 溫度和時間變化的過程，本文分別研究了國內(nèi)外不 同半導電屏蔽料生產(chǎn)的電纜樣品屏蔽層電阻與溫度 的關系，以及在恒定溫度下(90。C)屏蔽層電阻與時 間的關系，為完善IEC標準和國家標準中關于半導 電屏蔽層電阻率的測試方法奠定基礎。

2試驗方法

2．1試樣的制備

取國內(nèi)外屏蔽料生產(chǎn)的電纜各一段，按照標準 要求分別將電纜經(jīng)過相容性老化(100。C，7 d)試驗。 對老化前和老化后的電纜線芯樣品按標準附錄所規(guī) 定的要求制備絕緣屏蔽層和導體屏蔽層試樣。

2．2測試過程和測試電極

針對以上情況，為了避免由于電纜結構和烘箱 因素對電纜屏蔽層溫度的影響，將熱電偶直接安置 在電纜屏蔽層之間，試驗時讀取屏蔽層的溫度。由 于電纜導體長期允許運行的工作溫度為90。c，導體 屏蔽層的工作溫度也在90。C左右，絕緣屏蔽層的 溫度相對低一些。由此可見，IEC標準或國家標準 在考察半導電屏蔽層的電阻特性時，以90。C時的 電阻為參考值是合理的。測試的內(nèi)容和過程如下：

(1)電纜屏蔽層的電阻一溫度特性。在40。C～ 120。C范圍內(nèi)每增10。C為一個溫度點，并在該溫度 點下穩(wěn)定0．5 h后測試屏蔽層的電阻值；

(2)電纜屏蔽層的電阻一時間特性。測試屏蔽層 到達90。C時的電阻值，并在該穩(wěn)定溫度條件下，測 量不同時間的屏蔽層電阻值；

測試電極如圖1所示。其中，絕緣屏蔽層采用 鍍銀電極加自粘銅帶繞包；而導體屏蔽層采用鍍銀 電極。

3試驗結果和討論

圖2和圖3分別為測量國內(nèi)外半導電屏蔽料生 產(chǎn)的電纜在老化前后電纜絕緣屏蔽層和導體屏蔽層 的電阻．溫度特性。從圖中可以看到國外半導電屏 蔽料生產(chǎn)的電纜的導體和絕緣屏蔽層電阻達到峰值 的溫度均在90。C以上。國內(nèi)半導電料屏蔽生產(chǎn)的 電纜的導體屏蔽層電阻達到最大值的溫度在80。C ～90。C之問；絕緣屏蔽層電阻達到最大值的溫度超 過90。C。根據(jù)這項實驗結果可以發(fā)現(xiàn)，如果只測量 90 oC時的電阻值，將無法得到導體屏蔽層的最大電 阻值。這與我們在試驗過程中常常發(fā)現(xiàn)有的試樣在 升溫過程中屏蔽層電阻率不合格，但在烘箱中恒溫 放置一段時間后，電阻率又合格的現(xiàn)象是相吻合的。

半導電材料的導電機理比較復雜，一般認為，半 導電層的導電的載流子有兩類：一類是電子或空穴， 另一類是離子。電子電導的過程是電子在導電網(wǎng)絡 中通過導帶傳導，而在各導電網(wǎng)絡之間由于存在絕 緣的阻隔，因此導電網(wǎng)絡之問的電導是通過隧道效 應實現(xiàn)的；離子電導是通過離子在勢壘問受熱作用 發(fā)生躍遷而實現(xiàn)的。在溫度較低時，從室溫到電阻 達到最大值時的這段溫度區(qū)域，雖然電導是由電子 電導和離子電導構成，但是由于溫度相對較低。離子 受熱的作用而發(fā)生躍遷的幾率較小，所以以電子電 導為主。在這段溫度區(qū)域，隨著溫度升高，導電網(wǎng)絡 之間的距離增大，電導降低。當溫度從最大電阻值 開始繼續(xù)升溫，此時溫度較高，離子受熱作用，活化 能增大，有更多的離子參與電導，載流子濃度變大， 所以電導變大。這就導致屏蔽電阻先隨溫度的升高 而增大，后隨溫度的升高而減小的現(xiàn)象。

圖4和圖5分別為以國內(nèi)外半導電屏蔽料生產(chǎn) 的電纜在老化前后電纜絕緣屏蔽層和導體屏蔽層在 90。C下恒溫后屏蔽電阻隨時問變化的過程(圖中橫 坐標中0點代表試樣剛到90 oc時對應縱坐標屏蔽 電阻值)。從圖中可以發(fā)現(xiàn)：

(1)無論是國內(nèi)料還是國外科制備的電纜經(jīng)過 老化后，屏蔽電阻普遍增大，但是國內(nèi)料制成的屏蔽層其電阻的增幅更大。

(2)半導電屏蔽層的電阻隨著加熱時間的增加而下降，從電纜屏蔽層溫度達到90。C時的電阻作 為基準，到電阻達到穩(wěn)定，需要48 h左右，電阻下降 的幅值可達35％左右。

這個實驗結果說明半導電屏蔽層的電阻率必須 在一定溫度下經(jīng)過相當長的時間才能得到一個相對 穩(wěn)定值。

這種電阻隨時間逐漸減小并且最終達到穩(wěn)定的 過程可能與離子跳躍的電導過程中，離子受熱作用 發(fā)生躍遷的幾率隨時間達到飽和的過程有關，并且 導電網(wǎng)絡在較高溫度下隨著聚合物分子鏈重排并最 終趨于平衡狀態(tài)有關。但是具體是什么原因導致這 個現(xiàn)象，還需要通過其他的一些實驗來證實，我們將 在今后的研究中報導。

根據(jù)上面的實驗結果發(fā)現(xiàn)，不同的電纜屏蔽料 生產(chǎn)的電纜屏蔽層的電阻隨溫度的變化過程，以及 在恒定溫度下電阻隨時間的變化過程發(fā)現(xiàn)，如果按 照IEC標準或國家標準規(guī)定的加熱時間測量，則由 于屏蔽層的實際溫度不同，以及試樣的恒溫時問不 同而導致試驗結果不具有可比性

另外一個事實是電纜在運行過程中的狀態(tài)受負 荷的影響非常大。如果負荷不足，那么電纜實際溫 度可能未達到額定工作溫度，此時半導電層電阻率 如果超過標準所規(guī)定的值，對電纜的長期運行將會 造成多大的影響，目前還沒有這方面的研究報道。 但作為對電力電纜的性能的評價，應當以苛刻的 條件來評價。