本發(fā)明涉及一種測量電阻率的四探針頭裝置的改進，用于半導(dǎo)體材料單晶硅、單晶鍺的電阻率測量。
電阻率是半導(dǎo)體材料的主要質(zhì)量參數(shù)之一，它反映了材料中Ⅲ－Ⅴ族雜質(zhì)補償后剩余的雜質(zhì)濃度。在測量工作中，人們是把四根金屬探針壓在半導(dǎo)體單晶表面上，外加電流通過外金屬探針與晶體表面的接觸點，流到單晶體內(nèi)，通過測量內(nèi)探針之間電位降，從而計算出電阻率。為了保證測量的準確性和重復(fù)性，要求四根探針有極高電絕緣性和極小的機械游移。為此，要求探針的定位機構(gòu)和運動系統(tǒng)具有極高的精度，探針的游移誤差不超過微米數(shù)量級，同時又要保證針間絕緣度大于109歐姆和金屬探針的彈性恒壓及良好的電接觸。解決探針高精度的定位機構(gòu)可采用在人造寶石片上面并排鉆四個定位小孔，但加工非常困難且一致性差，成本高。另一辦法是用球狀紅寶石粒作填料、環(huán)氧樹脂作粘結(jié)劑，用單塊模板澆注制得，這種工藝雖然成本低，但精度差。為了保證金屬探針的彈性恒壓和導(dǎo)電性能接觸良好，通常采用條狀彈簧片提供固定壓力和在金屬探針針身上焊接一根導(dǎo)電線，但焊接難度大，成本高，且探針難于更換。另一種方法是用弓形彈簧絲作彈性元件，針頂與彈簧絲成單點接觸導(dǎo)電，但這樣導(dǎo)電性能較差。
本發(fā)明的目的是在結(jié)構(gòu)上進行改進，采用八小粒紅寶石分別鉆孔、用環(huán)氧樹脂作粘結(jié)劑、上下模板注塑的工藝制作探針定位導(dǎo)孔并采用平面彈簧片及螺旋彈簧圈作探針的彈性元件，不但達到了定位精度高、導(dǎo)電接觸良好而且制造容易，成本低廉。
附圖一為四探針頭結(jié)構(gòu)示意圖；探針1與被測樣品接觸，彈簧片14與探針構(gòu)成三點接觸并施加恒定的壓力，外加電源由導(dǎo)線12通過彈簧片從一根探針流入，另一根探針流出，產(chǎn)生電位，測量出另兩根探針間的電位差后按計算公式求得被測樣品的電阻率。探針的定位導(dǎo)孔機構(gòu)是由八粒紅寶石2（紅寶石片分開鉆孔可套上探針）作探針軸承以增強耐磨性，并經(jīng)上下模板分開的環(huán)氧樹脂澆注精確
定位，從而達到四只導(dǎo)孔中心處在一直線上并孔間距離相等，導(dǎo)孔彼此平行且與下端面相垂直的要求。彈性元件是用鈹青銅片經(jīng)線切割做成的弓形的平面彈簧片（附圖四），具有一定彈性，上缺口與導(dǎo)線焊接，下缺口為錐形確保與探針有良好導(dǎo)電的三點彈性接觸。
本發(fā)明的優(yōu)點在于探針的定位機構(gòu)制作容易，成本低廉（可降低15倍），一致性好，且保證良好的定位精度和電絕緣性。彈性元件可使探針有良好的彈性及電接觸性能并可方便地更換探針。
圖1為精密四探針頭結(jié)構(gòu)示意圖
圖2為探針導(dǎo)孔澆注模
圖3為平面彈簧片
圖4為心模
附圖1～4顯示了本發(fā)明的具體實施例：圖2為探針定位澆注模及結(jié)構(gòu)。按以下步驟實施：1.模具：上模4、下模1、中模2，按加工精度±2μ的要求直線排列鉆好四個針孔（間距1mm，孔徑0.5mm）。2.探針：為了便于脫模，探針上先經(jīng)塗三次脫模劑，每次量80℃的馬沸爐內(nèi)烘烤20分鐘。3.裝模：先放錐頭7于中模2錐孔內(nèi)，每支探針先放置二粒紅寶石軸套然后插進上模4及下模1的針孔內(nèi)。4.澆注：為了避免紅寶石粒處貯存小氣泡，需要以上模側(cè)小孔緩慢倒進高溫固化的環(huán)氧樹脂，然后將模具置于馬沸爐烘烤固化。高溫固化環(huán)氧樹脂的配制方法如下：
配方：環(huán)氧樹脂φ620753％
環(huán)氧樹脂（增韌劑）63411％
固化劑：順丁烯二酸酐31％
促進劑：甘油4.3％
塡料：200目石英砂
脫模劑：甲基硅橡膠5％＋二甲苯95％
過氧化苯甲酸（硅橡膠量的5％）
配制工藝：6207＋酸酐＋甘油（加熱至50℃～60℃）＋634＋塡料攪勻后減壓去氣泡，在紅外燈烘烤下保溫。
固化工藝：90℃下3小時升至120℃下3小時再升至160℃下2小時再升至180℃下18小時。
探針及紅寶石軸承規(guī)格：探針：φ0.5＋0.004×21mm
紅寶石軸承φ內(nèi)0.5＋0.005～0.006mm
厚0.35mm，高1mm
圖4為平面彈簧片，把鈹青銅片按切割機床加工要求剪切迭厚加工成圖示的規(guī)格，然后焊接在圖1中的四芯屏蔽電纜導(dǎo)線12上。再用0.5mm厚的四氟塑料片作絕緣層安裝在圖1的活動銅套15上。
制成的探針頭達到如下指標：
探針間距：1.00±0.01mm
探針最大機械游移誤差：≤±0.5％
探針系數(shù)：0.628±1％cm
針間絕緣電阻：＞109Ω
1、一種測量半導(dǎo)體材料電阻率的四探針頭，其特征是采用定位錐頭并在每根探針導(dǎo)孔上澆注二粒專用紅寶石軸套的定位機構(gòu)。同時采用平面彈簧片和螺旋圈作探針的彈性元件。
2、根據(jù)權(quán)利要求1，其特征是采用上、下注模精密固定探針，中模置于上下模之間進行澆注。
3、根據(jù)權(quán)利要求1，其特征是彈簧片加工成弓形與弧形的彈性缺口，這種結(jié)構(gòu)可以保持與探針有三點的彈性接觸。