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LANZHOU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
毕业设计
题 目
学生姓名
学 号
专业班级
指导教师
学 院
答辩日期
兰 州 理 工 大 学 毕 业 设 计
摘 要
电阻率是电子材料的重要参考性能数,薄膜电阻率的测量备受关注。采用传统四
探针高电阻率测量方法测量薄膜电阻率,需要加入较多的修正才能得到精确的结果。
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兰 州 理 工 大 学 毕 业 设 计
因此,研究薄膜电阻率的测量系统原理、软硬件集成方法等具有很重要的意义和应用
价值。
在综合比较各种电阻率测量方法的基础上,本设计采用双电测组合法测量薄膜电
阻率。首先,系统研究双电测组合法薄膜电阻率测量原理,跟据测量要求改进电阻率
的计算方法,极大的简化相关修正,提高测量结果的可靠性和精确度。其次, 基于单
片机的Rymaszewski四探针双电测组合法设计了薄膜电阻率自动化测量系统。在8051单
片机的控制下,利用基于CD4052芯片的接口电路实现电流探针,电压探针的自动切换,
并通过单片机控制实现两次电压测量;同时根据两次测量结果编程完成范德堡修正因
子的计算,最终实现薄膜电阻率自动测量和显示,建立基于8051单片机的双电测四探
针薄膜电阻率测量系统。实验结果表明,所设计的自动测量系统不仅可以满足多种薄
膜电阻率测量要求,而且提高了测量精度和自动化程度,同时精简了薄膜电阻率测量
过程。
关键词:四探针双电测组合法; 范德堡修正因子;CD4052; 薄膜电阻率
Abstract
Attention is mainly paid to the measurement of resistivity--an important property of
thin film. Owing to apply traditional four-probe method on film sample resistivity
measurement, complex corrections are required in order to acquire an accurate result and
sample will easily be scratched during the measuring process when using manual four-probe
equipment. Therefore, the measurement theory, software and hardware integration method by
virtual instrumentation for thin film resistivity automatic system are of important value.
In comprehensive comparative measurement method of resistivity, on the basis of the
design USES double electrical measurement group legal measuring film resistivity. First,
system research double electrical measurement is the legitimate film resistivity measurements
of the principle with according to measurement requirements, the calculation method of
improving resistivity, greatly simplified related correction, improve the reliability and
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兰 州 理 工 大 学 毕 业 设 计
precision measurement result. Secondly,Based on SCM Rymaszewski four-point probe
double electrical measurement group the film resistivity legitimate design automation
measuring system. In 8051 under the control of the single chip microcomputer based on
CD4052 chip interface circuit implements current probe, voltage probe to switch, and
through the single-chip microcomputer control achieve two voltage measurement; And
according to two measurement results programmed Vanderbilt correction factor calculation,
and finally achieve the film resistivity of automatic measurement and display, based on the
single chip microcomputer 8051 double electrical measurement of four probe film resistivity
measuring system. The experimental result shows that the design of automatic measurement
system can not only meet a variety of film resistivity measurement requirements, and
improve the measuring precision and automation degree, and streamline film resistivity
measurement process.
Keywords: dual electro measurement with four point probes; van der Pauw correction
factor ; CD4052; Film resistivity
目录
....................................................................................................................1
摘 要.............................................................................................................1
关键词:四探针双电测组合法; 范德堡修正因子;CD4052; 薄膜电阻率...................2
ABSTRACT.......................................................................................................2
第一章 绪论.................................................................................................4
1.1 设计的目的............................................................................................4
1.2 国内外研究进展.....................................................................................5
1.2.1 电阻率测量对薄膜材料研究的意义......................................................5
1.2.2 电阻率测量技术...............................................................................8
1.3 本章小结.............................................................................................13
2.1 四探针基本原理...................................................................................14
2.1.1 体原理..........................................................................................14
2.1.2 薄层原理.......................................................................................17
3
兰 州 理 工 大 学 毕 业 设 计
2.1.3 测准条件.......................................................................................18
2.2 双电测组合法测量原理..........................................................................18
2.3 本章小结.............................................................................................21
3.6 本章小结.............................................................................................33
4.1 系统设计.............................................................................................35
4.2 应用需求分析......................................................................................35
4.3 系统硬件结构设计................................................................................36
4.3.1 硬件选择.......................................................................................37
4.4 本章小结.............................................................................................45
5.2 信号采集模块......................................................................................47
5.3 信号处理模块......................................................................................49
5.4 薄膜电阻率的运算模块..........................................................................50
5.5 数据显示模块......................................................................................51
5.7 本章小结.............................................................................................53
总结.........................................................................................................54
第一章 绪论
1.1 设计的目的
电阻率是电子材料的基本参数,电阻率的精确测量对于材料机理研究和性能评价
有着重要的意义。针对不同材料,应该采用不同的方法来进行电阻率测量。肃然目前
可以应用的电阻率测量方法有很多种,但是仍然不能满足新型材料的测量需求。针对
新材料的特点改进原有方法或设计新的测量方法,也是新材料电阻率测量研究的重要
组成部分。
近年来,薄膜材料得到了越来越多的关注,而且随着对薄膜性能要求的提高,薄
膜的厚度也越来越薄,几百纳米的薄膜超薄膜的广泛研究对
近年来,薄膜材料得到了越来越多的关注,而且随着对薄膜性能要求的提高,膜
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