基于LabVIEW和Arduino的薄膜电阻率测试系统开发

针对准确、快速检测半导体薄膜样品电阻率的功能需求,设计了一种具有较高自动化程度的测试系统。该系统可针对小尺寸薄膜样品进行自动化测试,改进了传统四探针测试设备单次测量效率低、对样品规格尺寸要求高的不足。系统采用四探针双电测组合法作为基本检测方法,以LabVIEW虚拟仪器平台为核心,联合下位机Arduino单片机,从机械运动模块、电子电路系统到顶层控制程序与计算流程进行一体化设计开发。重点介绍了集成压力检测功能的运动样品平台、电流注入与电压采集的电信号通路、基于虚拟仪器平台开发的系统控制软件,以及针对小尺寸薄膜样品的电阻率计算修正等模块的设计与实现。为检验该系统的工作性能与稳定性,以试验室氧化铟锡(ITO)薄膜为测试对象进行不同激励电流下的重复性试验。通过测试结果对比,证明了该测试系统的有效性与测试结果的稳定性。该系统的设计为快速自动化检测小尺寸薄膜样品的电阻率提供了有效的解决方案,其整体设计流程为多模块系统综合开发问题提供了新的思路。

基于Hybrid方法的薄膜电阻率与透光率高通量检测系统设计研究

为解决半导体薄膜材料研发制造过程中测试任务繁重的问题,研制了基于Hybrid方法的薄膜材料光学性能和电学性能高通量测试分析系统。系统应用于半导体薄膜样品的自动化批量表征,集成化检测样品的电阻率与透光率,综合分析测试结果,实现样品的择优筛选。设计搭建了LabVIEW上位机控制系统、Arduino UNO下位机控制系统、Keithley 2400电阻率测试组件、Ocean optics HR2000透光率测试组件、CCM XY轴平移滑台模组和双Z轴升降滑台模组。通过下位机控制系统对平移滑台和升降滑台的精密运动控制,电阻率探头与透光率探头依次下降,循环采集样品阵列的方阻值和透光率数据,将数据上传至上位机控制系统完成分析和可视化。经实验验证,本研究完成了对薄膜样品阵列的电阻率与透光率的自动化批量检测,最大检测效率为256个/批次,透光率响应波段为200nm~1100nm,方阻测试电压范围为1μV~211V。该系统满足科研人员对半导体薄膜材料的自动化测试需求,提高了新半导体材料研究中大数据分析筛选的能力,为半导体薄膜高通量综合表征提供了新方法。