摘 要

随着半导体工艺不断地进步与发展，半导体薄层电阻作为电子工艺领域发挥巨大作用的材料，越来越受到了外界的关注。探索半导体材料的性质，也成为了一项重要的研究。而随着社会工艺的进步，对于工艺或者科研过程中，更好地了解使用材料的性质成为了越来越关键而且要求程度越来越高的一部分。因此，对于同种材料的不同测试方法也在世界范围兴起，其目的都是为了提高测试的精度和深度，能够更好地了解材料的内部性质。方块电阻是薄层材料的一个重要性质，它可以反映出半导体膜材料掺杂浓度。是对于半导体材料的运用时先驱的一步，因此对于这一性质，诞生了诸多的测试方法，例如，四探针法，范德堡法，改进的范德堡法等等。这些方法，在科学硬件技术不断更新换代的背景下，通过与更新的科学仪器交互，来达到提高实验精度和深度是势在必行的。

Labview软件是一个程序编程软件，具有可以实现自动化、能更精准地获取实时数据、减小人工误差等多个优点。因此，本设计实验就是基于Labview软件上，对于设计实验的要求，进行编写程序，并将实验结果显示在计算机的上虚拟和现实交互的实验。本设计系统由labview软件搭建完成，并且在labview软件界面上进行实验的全程操作，并在计算机上显示实验结果。

文章的主体流程为，先对四探针系统的国内外研究背景进行介绍，分析国内外薄层电阻测试的发展现状和重要意义。然后，对本次实验的设计软件labview进行了详细的介绍。本设计实验室以直线四探针法为基本原理，在这个基础上进行实验设计。第三章介绍了硬件平台的搭建，然后介绍了软件界面和程序框图，完成后的labview软件包括了数据采集、处理，温度矫正，数据存放、读取等功能。也重要点介绍了软件的设计思路和工作流程，以及对实验结果的分析。

关键字:薄层电阻测试；labview软件编程；四探针系统；直线四探针法

Abstract

With the continuous progress and development of semiconductor technology, semiconductor thin layer resistor, as a material which plays an important role in the field of electronic technology, has attracted more and more attention from the outside world.Exploring the properties of semiconductor materials has also become an important research.With the progress of social technology, better understanding of the properties of materials used in the process of technology or scientific research has become an increasingly critical and demanding part.Therefore, different testing methods for the same material are also emerging in the world, with the purpose of improving the accuracy and depth of testing and better understanding of the internal properties of the material.Block resistance is an important property of thin layer materials, which can reflect the doping concentration of semiconductor film materials.As a pioneer in the use of semiconductor materials, many testing methods have been developed for this property, such as the four-probe method, the Vanderbilt method, the improved Vanderbilt method and so on.Under the background of constant updating of scientific hardware technology, it is imperative to improve the accuracy and depth of experiments by interacting with updated scientific instruments.

Labview software is a program programming software, which has many advantages such as automation, more accurate acquisition of real-time data, and reduction of manual errors.Therefore, this design experiment is an experiment based on Labview software, in which the program is written according to the requirements of the design experiment and the experimental results are displayed on the computer's virtual and real interaction.The design system is completed by labview software, and the whole process of the experiment is carried out on the labview software interface, and the experimental results are displayed on the computer.

The main flow of this paper is as follows: firstly, the research background of four-probe system at home and abroad is introduced, and the development status and significance of thin-layer resistance testing at home and abroad are analyzed.Then, the design software labview is introduced in detail. This design laboratory takes the Vanderbilt method as the basic principle, carries on the experiment design on this basis.The third chapter introduces the construction of hardware platform, and then introduces the software interface and program block diagram. After completion, labview software includes data acquisition, processing, temperature correction, data storage, reading and other functions. It also introduces the design idea and workflow of the software, as well as the analysis of the experimental results.

Key words: Thin layer resistance test; Labview software programming; Four-probe system;

目 录

第一章 绪 论 1

1.1论文研究的背景及意义 1

1.1.1 论文研究的背景（薄层电阻测试技术的发展现状） 2

1.1.2研究目的及其意义 3

1.2薄层电阻测试的发展现状 4

1.3半导体膜的薄层电阻介绍 4

第二章 LabView-虚拟仪器 5

2.1 LabView与“G”语言 5

2.2 LabView概述 6

2.2.1LabView简介 6

2.2.2LabView的应用场合 6

2.2.3 LabView的运行原理 7

2.3虚拟模拟环境的几大优点 7

第三章 设计基本原理和硬件的选取 8

3.1四探针法（直线四探针法）的基本测试原理和计算 8

3.2测试原理及硬件选取 9

3.2.1设计方案简介 9

3.2.2设计硬件结构 10

3.2.3硬件的选取 11

第四章 基于Labview的程序设计 19

4.1软件设计思路 19

图4.1 测试软件系统测试原理 20

4.2测试系统界面介绍 20

4.3 VI程序框图 21

4.4程序的运行及结果 24

4.4.1前面板操作：对已知参数的输入和保存数据路径的选择 24

4.4.2 DAQ设备及通道的配置 26

4.4.3labview程序模块的数据运行 28

4.3.4实验结果的显示和分析 31

第五章 设计总结 33

参考文献 34

致 谢 36

第一章 绪 论

1.1论文研究的背景及意义

随着科技的发展，网络和电子电路所引导的新的生活和工作方式以一种极速的趋势踏上了世界的舞台。同时对于支持这一系列变化的新兴材料的发展也得到了极大发掘，其中半导体成为了电子科技产品中不可或缺而且应用广泛的一部分。而对于半导体技术的逐渐成熟，电子产品对于电子元件的尺寸和性能都有了更高的要求，于是在提高半导体性能的探索道路上，需要非常重视一个电阻（半导体）的性能指标——电阻率。而对于半导体电阻率测量的精确程度直接地影响了对该半导体性能的各方面信息的了解程度，从而影响到电子产品的电器性能。其中薄层电阻的电阻率和电学特性，因为其与绝大多数电子器件密切相关的缘故，受到了研究人员的高度重视。电子科学技术发展迅速，对于电子计算机的要求和工作能力的进步速度甚至可以以月计，以周计。而计算机的容储量呈现了指数式的增长，电子计算机微型化也在不断地推陈出新。想要在一张小小的硅片上集成大量的复杂电路，薄膜电阻率的均匀性和稳定性是重中之重。因此对于薄膜电阻率进行测试是非常有价值和现实意义的。

因此，对于薄膜电阻率的测试一直以来都是不断地改善和发展的。在比较早的薄膜电阻测试系统里，是用人工操作进行测试的，而且往往因为测量方式的限制，会有很多复杂繁琐的过程出现，实验中的大量数据的输入，产生，不仅对实验所花费的时间和人力是一个比较大的消耗，更为重要的是，人力所进行的复杂操作中，出现误差和错误的概率也大大提升，对实验的精度是一个巨大的考验。所以，面对这个难题，研究人员开发出了一种新的测试方法，来进一步提高实验的精度。这就是虚拟仪器与实际机械装置相结合的测试方法。虚拟仪器的出现可以说是测试领域的福音，让测试的精度提高了一个层次，在虚拟仪器的测试中，传统机械装置的功能由软件界面来显示，由自动化检测装置代替人工操作，用键盘来操作机械装置，结果会直接显示在计算机屏幕上，这样的测试方式，在人工操作，统计和计算方面，极大程度地消除了可能出现的误差，让实验的精度大幅度提升，实现了虚拟软件和现实机械装置的相互结合，也使得测试工作变得高效精确。

Labview软件是一款应用广泛的编程软件，是一种用图标代替文本进行测试流程或者应用程序的图形化编程语言。labview产生的程序是框图形式的，也是进行测量和控制的理想开发编程环境。最重要的是，labview可以非常好地与硬件测试技术相交互（可以利用软件对实验结果进行存储、读取以及输出，还能利用I/O接口完成对测试信号的数据收集，调试），让测试实验达到理想中的效果，因此，基于labview的薄膜电阻率测试是一个非常好的选择，在国内外对这个测试系统的研究也非常广泛而且重视。

论文研究的背景（薄层电阻测试技术的发展现状）

1.国外研究的现状：国外对于薄膜电阻测试技术的研究相比与国内要更加久一些，世界各地的研究人员和科研人员对于薄膜电阻的测试基于不同的物理原理进行了多中尝试和研究，出现了很多不同的测试方法。比如直线四探针测试法丶范得堡法、改进的范得堡测量方法等等。这些测量方法都是不同时代的学者在那个时代的学术认知下所提出来的，再经过后来科学进步的环境下，进行了不断地修正与调试所保留下来的。每一种测量方法也有其自身的测量要求和适用范围，如下图1.1 ；

图1.1

2.国内的研究状况：随着我国科学技术的发展，对于半导体领域的研究也逐渐地深入，有很多学者也对薄膜电阻率的测试工作进行了研究，同时也取得了很大的进展。我国用于测试薄膜电阻率的主要原理是四探针原理，四探针原理在国际上不是最先进的测试方法，但是这种测试方法对于我国国情来说，有着测试方法简单而且测试技术成熟等多种优点，当然其缺点也比较明显，容易污染硅片，测试误差大。因此，建立起一个新的方式去融合四探针测试系统以此来改进四探针系统中的不足是非常有必要的一件事。（图1.2，1.3为四探针系统原理图）

任意位置的四探针示意图 半无穷大样品上点电源的半球等势面

图1.2 图1.3

1.1.2研究目的及其意义

在国内外大环境的影响下，借助labview等虚拟仪器进行实验的优点也逐渐地被人发掘，借助虚拟仪器和硬件平台结合的方式进行实验能够有效地减少人工误差、环境误差、计算误差等等。对实验的准确性、便捷性以及快速测量和存储都有较大的提升。因此，利用新的科学仪器结合科学实验已经成为了一种发展趋势。本设计实验就是基于labview虚拟仪器的四探针系统测试薄层电阻。实验目的是为了开发一种新的四探针系统测试，实验的基本原理是基于范德堡法。但是，与传统实验不同的是，实验的操作是在labview操作界面上完成的，数据的采集、处理、存储、读取、结果的显示均可以在labview操作界面上完成。而且，labview可以显示实验运行过程中的实时数据并可以保存下来。对于实验环境的监控，labview也可以做到并且反映到操作界面上。基于这个基础上，我选择了对四探针法测试薄层电阻进行设计和研究，目的在于，新的实验设备和操作环境是否能带给实验更高的精度和便捷性。如果可行，labview是可以满足四探针系统测试薄层电阻的。

作为本科的毕业设计，做一个关于labview的设计方案，也是运用到了自己的所学，同时在设计的过程中能获得更多的关于设计和软件平台搭建的知识。将所学知识糅杂到一起，正确地运用也是一个新的突破。当然，以labview作为软件工具，更多的是因为软件操作控制实验所能带来的准确性、快捷性以及对实验过程更好地了解和把控。这也是软件本身所能带来的优点。同时，也能在本次设计过程中，熟悉软件平台的搭建，了解软件结合实验的重大意义。

四探针法是对薄层电阻测试的一种方法，本设计选择的基本原理为直线四探针法，是四探针系统中最为成熟的一种。四探针法是薄层电阻的一种常规测试方法，其物理原理比较明确，计算方式也比较合适，比一些用于测试的方法计算要简单便捷。因此，我以这种方法作为基本原理来展开设计工作。

从总体上说，这次设计是labview结合硬件系统进行的一次设计。是我之前未曾尝试的一种方法，虽然在科研环境下，这种方法应该比较流行和普及，但是，对我而言是一次全新的挑战，是对labview更加深入认知的一步。对今后的设计方向和要求也有了更为深刻的了解。从大环境上说，更多软件和硬件的设计结合也能够推进科研和社会工艺的发展，提升科研和工艺水平，节省实验设计所花费的人力物力时间，是非常具有意义的。

1.2薄层电阻测试的发展现状

随着社会的发展，半导体材料在工业、科技和生活方面逐渐占据了非常重要的地位。半导体膜是半导体材料的一类，也是运用最广泛，运用场合最多的半导体之一。所以，研究半导体本身的性质对于半导体的运用和发展是非常必要而且迫在眉睫的。在国外的研究看来，对于薄层电阻测试方法的探索进行的比较早。国内近些年也开始逐渐重视，探索并取得了不错的成效。薄层电阻的测试技术会一直伴随着半导体材料的发展延续并且不断进步。

1.3半导体膜的薄层电阻介绍

薄层电阻是指半导体膜或者是金属膜单位面积上的电阻。这个属性对于半导体材料的运用有着极大的意义。方块电阻的大小直接反映了扩散入硅体内部的净杂质总量。所以，在工业上，测试薄层电阻成为了测试薄层半导体材料内部性质必要的步骤和方法。所以，对于薄层电阻的测量时工业上或不可缺的一个环节。这对于半导体行业的运用来说，至关重要。所以，在这个设计里，我们所要做的事情就是，用新的设备环境去测试薄层半导体的薄层电阻。

第二章 LabView-虚拟仪器

2.1 LabView与“G”语言

计算机语言的演变和发展：

·诞生：面向计算机的语言（机器码语言）

·发展：用于专业编程人员与计算机交流的语言（汇编语言）

·改善：更加的亲近人类语言习惯的专业化语言（高级语言）

·人性化：专业的面向专业人群，对人类十分友好的编程语言（图形化编程语言，G语言）

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