Метрологическая аттестация образцовой установки по измерению удельного электрического сопротивления полупроводниковых материалов (кремния монокристаллического) четырехзондовым методом

Дипломная работа - Физика

Другие дипломы по предмету Физика

дельного электрического сопротивления полупроводниковых материалов 4-х зондовым методом:

относительное среднее квадратическое отклонение (ОСКО) случайной составляющей погрешности средства измерений;

предельное значение относительной систематической составляющей погрешности средства измерений при доверительной вероятности P = 0.95;

предельное значение относительной погрешности средства измерений при доверительной вероятности Р = 0.95.

Средства метрологической аттестации:

. Образцовые катушки сопротивлений. Номинальные значения сопротивлений находятся в диапазоне от 10-3 до 104 Ом. Класс точности 0.01.

. Микроскоп металлографический ММР-2Р. Основная погрешность 0.08%.

. Источник калиброванных токов - прибор для поверки вольтметров программируемый B1-13 с погрешностью установки калиброванных токов, относительно меры ЭДС:

(1.10. + 10 нА) на поддиапазоне - 1mА;

(1.10. + 100 нА) на поддиапазоне - 10mА;

(1.10. + 1 мкА) на поддиапазоне - 100mА;

где Ук - ток, установленный на выходе прибора.

. ДС-цифровой вольтметр 0.1V G-1202.010 с погрешностью измерения электрического напряжения на диапазоне 0-10 B не хуже 0.003%

. Комплект образцов кремния монокристаллического с номинальными значениями удельного электрического сопротивления в диапазоне от 10-3 до 105 Ом . см.

 

 

4.3 Методика метрологической аттестации образцового средства измерения

 

.3.1 Оценка среднего квадратического отклонения (СКО) случайной составляющей погрешности измерения УЭС

Величину CKO случайной составляющей погрешности измерения удельного электрического сопротивления, включающую в себя и такие факторы погрешности, как колебания температуры в диапазоне (232)0С, изменение межзондовых расстояний при соприкосновении зондов с поверхностью образца и др., оценивают по результатам измерений УЭС на m=5 образцах, представляющих собой пластины диаметром 40 мм и толщиной 6 мм монокристаллического кремния. Измерение выполняют в центральной области однородной пластины диаметром не более 10 мм.

Значения удельных электрических сопротивлений образцов должны быть по возможности равномерно распределены в диапазоне от 10-3 до 105 Ом . см и близки по номинальным значениям электрического сопротивления образцовых катушек, указанных в п. 4.2. Для каждого образца выполняют n=10 измерений удельного электрического сопротивления. При этом зондовую головку (микролифт) опускают в центральную зону образца диаметром не более 10 мм для каждого измерения и поднимают после его проведения. Измерения и расчет значений удельного электрического сопротивления выполняют согласно инструкции по эксплуатации измерительной установки. По результатам измерений удельного электрического сопротивления j-образцов (j = 1,… m) рассчитывают относительное СКО (ОСКО) измерений на аттестуемой УО

 

Sj = ( (4.1)

где - результат i-го измерения УЭС на j-ом образце, Ом . см.

4.3.2 Оценка относительной систематической составляющей погрешности

Относительную систематическую составляющую погрешности образцовой установки при доверительной вероятности Р=0.95 рассчитывают по формуле:

 

= 1.1, (4.2)

 

где - относительная погрешность измерения сопротивления образца между потенциальными зондами для j-той точки диапазона;

- относительная погрешность, обусловленная переходным сопротивлением контактов (зондов) и объектом измерений в j-той точки диапазона;

- относительная погрешность установления среднего межзондового расстояния.

а) За оценку относительной погрешности измерения сопротивления участка цепи между потенциальными зондами принимают оценку основной инструментальной погрешности - , переведя ее в относительную форму:

 

= . (4.3)

 

Оценку основных систематической и случайной составляющих и полной инструментальной погрешности УО проводят путем 10-кратного измерения аттестованных значений омического сопротивления образцовых катушек - Ram, указанных в п. 4.2.

Для выполнения измерений токовые контакты 4-х зондовой головки соединяют с токовыми контактами образцовой катушки сопротивления, потенциальные контакты зондовой головки с потенциальными контактами катушки.

Перед проведением измерений, согласно эксплуатационной документации на УО проводят все операции по подготовке к измерению: прогрев, калибровку, учет поправок, обеспечивают нормальные условия измерений.

На образцовую j-ую катушку через токовые контакты подают с аттестуемой измерительной установки ток - Уj, указанный в паспорте на j-ую катушку (или близкий ему по значению). С помощью аттестуемой УО измеряют величину электрического потенциала, образующегося при пропускании электрического тока через j-ую катушку - Uj.

По отношению Uj/Уj рассчитывают значение электрического сопротивления катушки Rij. Такие измерения повторяют на каждой катушке i=10 раз. Результаты измерений заносят в таблицу.

Систематическую составляющую основной инструментальной погрешности УО в j-ой точке диапазона измерений оценивают по формуле:

 

= (4.4)

 

Случайную составляющую основной инструментальной погрешности УО в j-ой точке диапазона измерений рассчитывают по формуле:

 

, (4.5)

 

где = .

Оценку основной инструментальной погрешности УО, в j-ой точке диапазона измерений определяют как максимальное из 10 наблюдений значение погрешности:

(4.6)

 

б) Относительную погрешность , обусловленную переходным сопротивлением контактов между зондами и объе?/p>