YS T 602-2007 区熔锗锭电阻率测试方法 两探针法.pdf

I C S7 7 0 4 0H2 1中华人民共和Y S国有色金属行业标准Y S T6 0 2 2 0 0 7区熔锗锭电阻率测试方法两探针法T e s tm e t h o df o rr e s i s t i v i t yo fz o F e r e f i n e dg e r m a n i u mi n g o tu s i n gat w o - p o i n tp r o b e：9 0 0 7 - 11 - 1 4 发布2 0 0 8 0 5 0 1 实施国家发展和改革委员会发布刖吾Y S T6 0 2 - - 2 0 0 7本标准附录A 是规范性附录。本标准由全国有色金属标准化技术委员会提出。本标准由全国有色金属标准化技术委员会归口并负责解释。本标准主要起草单位：云南会泽东兴集团实业有限公司。本标准协助起草单位：北京有色金属研究总院、云南驰宏锌锗股份有限公司、南京锗厂有限责任公司。本标准主要起草人：包文东、李贺成、郑洪、普世坤、吴开学、余怀之、契红英、张莉萍。区熔锗锭电阻率测试方法两探针法Y S T6 0 2 - - 2 0 0 71 范围本标准规定了用直流两探针法测量区熔锗锭的电阻率。本标准适用于测量G B T1 1 0 7 1 ( 区熔锗锭规定的用梯形舟生产的原生区熔锗锭的电阻率，电阻率测量范围为0 1n c m 1 0 0n c m 。本标准要求区熔锗锭被测量部分的横截面积沿锭长变化梯度线性，且锭的长度必须大于横截面的最大尺寸和探针间距三倍以上。2 规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款，凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单( 不包括勘误的内容) 或修订版均不适用于本标准。然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。6 B T1 1 0 7 1 区熔锗锭3 方法提要如图1 所示，锗锭两端做成欧姆接触，并通直流电流I ( A ) ，在垂直电流方向的1 、2 两点问读取电压u ( V ) ，若1 、2 两点间的距离为l ( c m ) ，横截面积为S ( c m 2 ) ，则1 、2 两问点的电阻率p 可用式( 1 ) 表示：P 一了U 享( n 、( 1 c m )1 )P 一了。了Ls 2 (J4 设备和仪器图1两探针法测量电阻率示意图4 1 电磁屏蔽间为了消除邻近高频发生器在测量电路中可能引入的寄生电流，电阻率测量必须在电磁屏蔽间内进行。4 2 恒温恒湿设备保证电阻率测试问内的温度能稳定在温度2 3 0 5 C 内，相对湿度小于7 0 。4 3 温度计测量锗锭表面温度，读数精度0 1 内。4 4 计量器具4 4 1电子天平( 5k g ) ，精确到1g ，用于称量锗锭的质量。1Y S T6 0 2 - - 2 0 0 74 4 2 游标卡尺：用于测量锗锭的高度和宽度( 士o 0 2m m ) 。4 4 3 米尺：用于测量锗锭长度( 士1r a m ) 。4 5 两探针电阻率测量仪4 5 1 恒流源：能提供1 0 - 5 A I A ( 直流电流) ，测量时其值已知，且稳定在0 5 以内。4 5 2 电压表：能测量1 0 - 5 v 1 V ，电压误差小于0 5 ，输入阻抗大于锗锭体电阻与锗锭一探针间接触电阻之和的三个数量级以上。4 5 3 探针装置：用硬质合金( 钨、工具钢或碳化钨) 制作，直径0 8m m 左右，探针针尖压痕的线度必须小于1 0 0 “m ，探针间距用测量显微镜( 刻度O 0 1 m m ) 测量，探针间距机械游移度z z 小于0 2 ( A l为探针间距的最大机械游移量，z 为探针间距) ，探针间距误差小于2 。探针间的绝缘电阻大于1 0 3 M n ，探针压力( 总压力) 6N 8N 。4 5 4 试样架：满足区熔锗锭最大尺寸的安装要求，其两端与电流电极做成欧姆接触；探针左右移动位置的重复率在探针间距的土0 5 以内。4 5 5 专用的微处理机：按规范性附录A 设计，可自动进行电流换向。5 测量步骤5 1将待测锗锭置于电磁屏蔽、恒温恒湿问内，并使被测锗锭的底表面呈无氧化层的清洁表面后进行恒温。5 2 用电子天平称量锗锭的质量T Z 。( 精确到1g ) 。5 3 用游标卡尺( 0 0 2r a m ) 测量锗锭两端的最大高度H 、 和最大宽度B 、6 ；5 4 用米尺测量锗锭的长度l ( c m ) ；5 5 锗锭温度的测量从恒温室的一批锗锭中任取一根，固定在测试架上，用温度计随时检测锗锭表面温度，当锗锭温度达到2 3 C 士0 5 后，把探针压在高阻区的一个固定点上，每隔一段时间测量电压降随时间的变化，当其电压降基本不变时，可视为锗锭内外温度已经一致，此时可开始对这批锗锭进行电阻率测量。5 6 电阻率的测量5 6 1 将锗锭夹在测试架两端的电极之间，调节电流，使两针问的电位差小于1V c m ；5 6 2 按仪器操作要求输入日期、量程、电流和针距；5 6 3 逐个把锗锭的m o 、f 、B 、b 、H 和 输入到微计算机中；5 6 4 从锗锭的大端开始，每隔2c m ( 或1c m ) 测量一点，直到全部测量完毕。6 计算专用的微处理机根据输入的锗锭质量、长度、大、小端的最大高度和宽度、探针间距、电流和测得的电压，自动计算并打印出各测量区域的电阻率。7 精密度本标准方法由三个实验室各自对同一根区熔锗锭进行电阻率测量，判定的合格率完全一致，对该锗锭合格区( 4 7n c m ) 的2 1 点测试结果统计得出精密度优于土8 。附录A( 规范性附录)区熔锗锭横截面积纵向分布及其纵向电阻率的计算公式( 微计算机内存公式)Y S T6 0 2 - - 2 0 0 7A 1 方法提要由于锗的固态和液态密度相差约5 ，因此工业生产的区熔锗锭的横截面积形状不是上表面带弓形的梯度就是球冠，没有简单的几何图形面积计算公式可供直接应用。本标准对区熔锗锭横截面积纵向分布及其纵向电阻率的计算采用如下推导的公式：A 2 计算步骤区熔锗锭横截面积一头略粗，另一头略细，沿纵向线性变化( 图A 1 a 和图A 1 b ) ，设锗锭粗、细两端的最大高度和最大宽度分别为H 、h 和B 、b 。图A 1 a 锗锭外形图图A 1 b 锗锭横截面侧视图若在锗锭两端面做成欧姆接触，并通直流电I ( m A ) ，则在垂直压触在锗锭底表面上的两探针1 、2间产生电位差V ( m V ) ，如果探针针尖连线平行于电流方向，则探针所在处的第i 个测量区的电阻靴。( o e m ) 为( A 1 )式中：y ，两探针测量第i 个测量区的电压( m V ) ；卜一通过锗锭两端的电流( m A ) ；z 两探针间距( c m ) ；s 。第i 个测量区的横截面积( c m 2 ) 。由于锗锭一头略粗，另一头略细，故s ，是一个变化量。若把锗锭等效于横截面积等于5 十的长方体，从图A 1 a 可以证明锗锭的中心部分的实际横截面积s 十可用式( A 2 ) 计算：一W3 十一丽式中：w 锗锭质量( g ) ；( A 2 )S尚Y S T6 0 2 - - 2 0 0 7令L 锗锭长度( c m ) ；5 3 2 锗的密度( g c m 3 ) 。而且，从图A 1 b 可见，与s 十( A B K O , L ) 相外切的四方形A7 B7 E F 的面积s 十为S 十一B 十H 十B + bH + h22K( A 3 )则K r 丢( B + 6 ) 丢( H + ) ( A 4 )若把有效测量区分为n 等分( n 为正整数) ，则每个测量区横截面积的变化量A S ( 即把面积巧石急Q 分为n 等分) 为s 一旦铲K - - ( A 5 )则s 。可表示为s ，一( s 十+ 罢s ) 一( z