[發明專利]一種測量微尺度金屬樣品電阻率的裝置和方法

在審

• 申請號: 202010610197.6
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111856138A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 傅思偉;葉芳;李田;齊文艷;張迅達;陳韶瑜;周連升;管森森;甘智勇;于金山;文黎;溫力;李慶釗
• 申請（專利權）人: 國網天津市電力公司電力科學研究院;國網天津市電力公司;國家電網有限公司
• 主分類號: G01R27/02
• 分類號: G01R27/02;G01R3/00
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 王來佳

本發明涉及一種測量微尺度金屬樣品電阻率的裝置和方法，首先在基板上制作測試電極及測溫電極，將樣品置于基板之上，與測試電極連接，測試電極連接四線法電阻測量電路；將基板置于加熱臺上，基板及加熱臺均放入一真空腔室，通過調整溫度，繪制電阻率隨溫度的變化關系曲線。本發明可對各種形狀、更小尺寸的樣品測量電阻率，根據樣品的尺寸和形狀選擇不同的沉積電極的工藝。

技術領域

本發明屬于金屬樣品電阻率測試領域，涉及四線法技術，尤其是一種基于四線法測量微尺度金屬樣品電阻率的裝置和方法。

背景技術

目前，對于金屬樣品測量電阻率的方法及設備較多，但大多針對的為尺寸較大的樣品，且對樣品的形狀、厚度、表面狀態等有一定的要求，而針對微尺度金屬樣品則測量方法較少，且對測量樣品的尺度為毫米級別，對樣品的形狀同樣有要求。為了對各種形狀、尺寸更小的樣品測量電阻率，需要開發一種新的方法進行測量。

四線連接方式如圖1所示，連接有兩個要求：對于每個測試點都有一條激勵線和一條檢測線，二者嚴格分開，各自構成獨立回路；同時要求檢測線必須接到一個有極高輸入阻抗的測試回路上，使流過檢測線的電流極小，近似為零。激勵線即是電流供給回路，檢測線即是電壓測定回路，電流、電壓兩回路各自獨立。電流供給回路兩端子與電壓測定回路兩端子共計四端子，故稱四線測試。V≒I1×R(因I2(小電流)再乘上小電阻得到更小的壓降)，因電壓表的內部阻抗非常高(mΩ級)，遠遠大于電壓測定回路的饋線電阻R3和R4(Ω級)，使得幾乎全部的電流流經過R，流經電壓表的電流I2幾乎為零，故所量到的電壓也幾乎是R本身的壓降，饋線電阻完全可以忽略，使所測得的R幾乎近似于R本身，由此可精確測定被測電阻之微小阻值，其四線測試的測試精度可達到mΩ級。(圖2)四端子測試時電流供給回路與電壓測定回路是個別獨立的(電流供給回路2端子與電壓測定回路2端子，共計4端子)，由于電壓測定計內部阻抗非常高，故電壓測定回路中排線阻抗、接觸阻抗、內部阻抗皆可忽略，因此可精確測得被測電阻之微小阻值。

四線法的優勢，不僅消除了引線電阻和接觸電阻，還可以大大減少熱電動勢的影響。因為電流端子是發熱的源泉，但分開后由于恒流的作用，到底串聯多大電阻、甚至串聯個電池，都沒有關系了，都是恒流的，因此接線端子也可以用很普通的。另一方面，兩個電壓端子由于不流過電流，因此不發熱，并且距離發熱的電流端子保持一定的距離，也可以減少熱傳導過來，接線端子可以采用低熱的。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足之處，提供一種基于四線法測量微尺度金屬樣品電阻率的方法，可對各種形狀、更小尺寸的樣品測量電阻率。

本發明解決技術問題所采用的技術方案是：

一種測量微尺度金屬樣品電阻率的裝置，包括基板，在基板的上制有圖形化的測試電極，待測樣品置于基板上與測試電極連接，測試電極連接電阻測量電路。

而且，所述的圖形化的測試電極采用光刻法或金屬物理掩膜版與物理氣相沉積相結合的方法或噴墨打印方法制成。

而且，本裝置還包括一用于改變樣品溫度的加熱器。所述加熱器置于基板下方。

而且，本裝置還包括一用于避免樣品氧化的真空腔室，所述基板置于真空腔室內。

而且，所述基板上制有測溫電阻，測溫電極連接溫度顯示器，可以顯示實時溫度。

而且，在基板的上方安裝一蓋板。

一種基于四線法測量微尺度金屬樣品電阻率的方法，首先在基板上制作測試電極，將樣品置于基板之上，與測試電極連接，測試電極連接四線法電阻測量電路，持續測量樣品電阻率。

一種基于四線法測量微尺度金屬樣品電阻率的方法，首先在基板上制作測試電極及測溫電極，將樣品置于基板之上，與測試電極連接，測試電極連接四線法電阻測量電路；將基板置于加熱臺上，基板及加熱臺均放入一真空腔室，通過調整溫度，繪制電阻率隨溫度的變化關系曲線。