摘 要

材料是最新科技发展的关键，而在其中半导体材料尤为重要，在生产新型半导体材料的过程中，半导体材料的电阻率是一个重要的性能指标，并且因此电阻率测量是促进该材料的发展的一个重要步骤。四探针法是最常用的测量电阻率的方法，它在实际中已经广泛应用得到证实。本论文便是以四探针法测电阻率为原理，设计四探针测试仪系统装置，从而达到对半导体材料的电阻测量，这种结合虚拟仪器的测量方法解决了进一步优化提高传统测量速度慢效率低的缺点，也因此具有很大的实用价值。

本篇论文主要的内容包括:第一步了解相关材料的发展状况及电阻率测法的发展状况，再了解国内外的研究现状，介绍使用的四探针电阻率测试原理及方法。再对虚拟仪器进行描述介绍，对比虚拟仪器与传统仪器，突出其优点，重点介绍Labview软件。然后是测试系统的硬件部分，分别对探针头和测试台进行设计。再然后通过Labview对软件部分进行整体设计，Labview具有较强的数据处理能力，可以充分满足测试所需。将软件分为探针检测，处理、存储和读取等几个模块分别设计并整合，再将模拟测试结果与实际对比，确认系统的可行性。最后对论文进行总结，并对未来进行展望。

关键词：电阻率 虚拟仪器 四探针测电阻率 Labview

Abstract

Materials are the key to the development of the latest science and technology, among which semiconductors are more important. In the process of producing new semiconductors materials, the resistivity of semiconductors materials is an important performance index, and therefore resistivity measurement is an important step to promote the development of this material. The four-probe method is the most commonly used method to measure resistivity, which has been proved to be widely used in practice. This thesis is based on four probe method, resistivity measurement principle, and through the Labview programming software designed four point probe resistivity test system, so as to achieve the resistance measurement of semiconductor material, the combination of virtual instrument measurement method solves the great error in the traditional measurement shortcomings, and therefore of great practical value.

The main contents of this paper include: the first step is to understand the development of relevant materials and resistivity measurement, and then to understand the research status at home and abroad,The principle and method of resistivity measurement with four probe are introduced， to describe and introduce virtual instruments, summarize the advantages of virtual instruments over traditional instruments, and focus on the introduction of Labview. Then the hardware of the test system is designed as a whole, the probe head and the test bench are designed respectively. Then, the overall design of the software is carried out through Labview. Labview has strong data processing capacity, which can fully meet the requirements of the test. The software is divided into probe detection, processing, storage and reading modules, which are designed and integrated respectively. Then, the simulation test results are compared with the actual ones to confirm the feasibility of the system. Finally, the paper summarizes the kun wen and looks forward to the future.

Key Words：electrical resistivity virtual instrument Four probe measure resistance Labview

目 录

第1章 绪 论 1

1.1研究背景及意义 1

1.2四探针电阻率测试仪发展现状 1

1.2.1国外的研究现状 2

1.2.2国内研究状况 3

第二章 设计原理及方法介绍 4

2.1常用测电阻率方法 4

2.1.1常规直线四探针法的测试原理 4

2.1.2直线四探针法的测量要求 5

2.1.3直线四探针法的边缘与厚度修正 6

2.2虚拟仪器 6

2.3 SolidWorks简介 7

2.4 Labview简介 8

第三章 四探针电阻率测试仪的硬件结构设计 10

3.1可调控电源 10

3.2四探针探头 11

3.3载物台 13

第四章 四探针电阻率测试仪的控制系统设计 16

4.1控制系统设计思想 16

4.2登录界面 16

4.3测试系统主界面 18

4.4探针检测 19

4.5 数据处理 20

4.6 温度矫正 21

4.7存储读取模块 21

4.8实验结果 22

第五章 总结与展望 24

5.1总结 24

5.2展望 25

参考文献 26

致 谢 27

第一章 绪 论

1.1研究背景及意义

半导体材料是一种区别于导体和绝缘体的材料，它的电阻率位于两者之间，大约为1m～1GΩ·cm。在二十一世纪二十年代的今天，半导体材料有了新的突破，在2017年多家公司进行了合作，主攻“40至28纳米集成电路制造用300毫米硅片”项目^[1]，可见新型半导体材料的发展。在18年的创新节上，诸如全息投影、VR设备、无人机、无人驾驶等高科技设备不断展现，如无人机、无人驾驶等新型产品中的材料尺寸越来越小,精度要求越来越高，在这样的前提下就会要求半导体材料中的一个非常重要的指标——电阻率必须精确^[2] 。在二十一世纪的今天，如无人机、VR设备等新的产品对材料的要求也更加精益求精。在半导体材料中，电阻率是各种性能指标的重中之重，通过对电阻率的测量可以得到新型材料如塑料、橡胶以及合金等的成分组成等重要信息,它将直接影响到生产出来的含有该新型材料的产品如无人机等的性能。在二十一世纪精确测量半导体材料的电阻率，确保准确稳定也是其中的重点。

在改革开放的年代，测量各种材料的电阻率通常人手动的旋转按钮，搬动仪器，自己用肉眼进行观察，因此实验人员的一次手的抖动都可能是实验结果偏移数个位数，影响几十次的计算。每测量一次电阻率，都是对心神的极大损耗，同时还要保证温度湿度不变，及其不易。而二十一世纪，计算机等新型科技产品的快速发展给我们提供了新的测量方法，而虚拟仪器的出现更是把测试技术提高到了一个全新的层面^[3]。把传统仪器的手工移动器件，肉眼观察，人脑计算等各种操作通过计算机的各种软件来实现，从而做到“软件即仪器，仪器即软件”，这即是虚拟仪器。而在各种计算机软件中Labview软件在模拟硬件中运用最广的编程软件，它可以进行有效的将硬件与软件充分的结合发展起来。LabVIEW软件提供用户用简单明了且使用方便的图形化编程方式^[4]，还能使软件编程更简单。因此利用Labview编程软件来模拟半导体电阻率测试仪是二十一世纪的重大体现。