研究了直线探针对称得放置在矩形样品中央时的边缘修正重点讨论了方形探针的近边界修正和研究了任意放置探针测量圆形样品的边缘修正,用无限系列镜像源研究了方形探针测量方形样品的边缘修正系数宿昌厚推导计算了直线型探针测量矩形样品时,对于不同长宽比例的样片在各种边界条件下不同的修正函数用无限系列镜像源研究了直线探针测量方形样品时的边缘修正系数。他们得到的修正公式都有统的形式,其中是理想状态下的电阻率测量值。随着修正维数的增加修正因子的复杂程度将快速的增加,而对于磁性薄膜这样小尺寸的薄层样品,修正应该在维方向进行,计算公式十分繁琐。还有研究者通过图形变换的方法来得到修正函数。研究任意放置探针测量方形样品边缘修正系数,采用方法是先将方形样品变换成圆形,个探针的位置也变换到圆形上的相应位置,然后用得到的圆形样品电阻率计算公式计算得到电阻率,变换过程中探针位置的确定采用了镜像源法研究任意排布的探针测量矩形样品时的修正函数,采用的方法是将矩形样品变换到无穷大平面,根探针的位置也变换到了无穷大平面上的相应位置,变换过程利用了复平面上的雅可比正弦函数,十分复杂孙以材在计算方形探针测量方形样品的边缘修正时,现将方形变换到圆形,再将圆形变换到无穷大平面,计算方法相对简单。则利用图形变换理论解决了直线探针在理论上可以分辨多大区域内的电阻率不均匀性的问题,为微区电阻率分布问题的研究奠定了基础。另些研究者则从泊松方程,格林函数等电磁学基本理论出发来得到测量不同形状样品时在不同边界条件下的修正函数,是其中的杰出代表,发表了系列论文说明用直线型探针测量电阻率时,对不同样品修正函数的推导过程以及在实验中检验的结果,包括矩形样品圆形薄片和固体圆柱体,对于方形探针的情况也进行了讨论。等人也在这个领域的研究中做出了贡献。除了通过修正来得到精确的电阻率测量结果,些研究者还希望通过对测量方法的改进来修正探针的测量结果。年针对薄膜样品提出了种新的电阻率测量方法。此方法要求样品厚度均匀,成片状,无孤立孔洞,并且接触点位于样品的边缘,触点越小越好。具体的测量方法是,在如图所示的任意形状厚度为的片状样品边缘作个触点尽量作到使垂直。在任意相邻的两触点,如,通以电流,测出另对触点电位差,则有然后再向间通过电流,测出间的电位差,则有。则该样品的电阻率可以表示为在公式中为范得堡修正函数。图法测量电阻率图改进的法测量示意图,等人将这种测两次而屏蔽尺寸影响的测量方法推广到直线探针法,发展出了双电测法。双电测法与传统探针法测量过程的主要区别在于后者是单次测量,而前者要对被测对象进行两次测量。相比传统的探针法,它具有以下优点在根探针排列成条直线的条件下,测量结果与探针间距无关,并可使用不相等间距探针头,而且对于小尺寸样品不需要进行边界修正和尺寸修正。法和法不同只在于电路连接的方式,电阻率的计算方法是基本样的,根据两次测量的结果计算出电阻率值。在薄膜样品的物理模型下,在两种连接模式中得到的电压测量结果应满足以下关系进而可以得到方阻计算公式双电测法提出后得到了广泛的研究。给出了包含厚度修正的电阻率计算多项式。宿昌厚和鲁效明在总结国内外对双电测法研究的基础上,比较总结了双电测法相对般探针法的优势,提出了双电测组合法的概念并完善了修正体系,也对双电测法的应用范围作了研究。目前双电测组合法已经被作为电阻率测量的标准方法被公布。本研究构建的磁性薄膜电阻率测量系统也主要应用双电测组合法完成。微区电阻率的测量是探针法的重要应用领域。将传统的探针法应用于测量微区电阻率,最大的误差来源将是探针的游移,而法和双电测组合法测量对于探针位置的要求不严格,正好可以解决这个问题。具体的测量方法包括改进的法和斜置式方形探针法两种。改进的法由孙以材从的测量方法发展而来,并成功的应用于微区电阻率的测量。这方法的要点是在显微镜帮助下用目视法将个探针尖分别置于方形微小样品面上的内切圆外个角区,如图所示接着进行次测量,第次测量时,用探针作为电流探针,电流为,探针作为电压探针,其间电压为第次测量时用探针作为通电流探针,电流仍为,探针作为测电压探针,其间电压为然后依次以和作为通电流的探针,相应测电压的探针和间电压分别为和。由次测量结果可得样品的方块电阻为其中为范得堡修正函数。基于同样的考虑,将直线型的法应用于方形探针进行微区电阻率测量,就是斜置式方形探针法。电阻率计算公式于直线型探针测量时基本致。改进的法和斜置式方形探针法在微区电阻率测量上的成功应用进步说明了做为其来源的双电测组合法的优越性和可靠性。许多研究者也在不断的改进探针法,使其不再限于电阻率值的测量。例如,和在上世纪年代就发展出了可得到样品薄层电阻分布的测试方法,即技术。孙以材等人也为技术的实际应用做出贡献。在集成电路研究中探针法也得到广泛的应用,如在表面态研究,以及芯片测试方法等,曾应用探针测量技术来研究光刻套刻误差在器件研究中探针法也有用武之地,如在对超浅结,器件的研究中,些研究者通过特别设计的探针来减少测量对样品带来的损坏,另些则对测量方法进行了深入的讨论。探针法测量磁性材料电阻率的研究也有许多报道,研究主要集中于对磁阻效应的研究,磁场对材料电阻率的影响,而不在于电阻率本身的测量精度的提高。根据探针法制作出测量仪器才能为科学研究服务。早期的文献中报道的电阻率测量设备是全手动的,电流不能连续调节,电压表也是外接设备,对边界条件的修正参数列表给出。等人完成的电阻率测量设备就是这样的,测量对象是块状半导体样品,测量范围为。测量技术不断发展,对于自动化测量,自动化数据处理的需求使人们不断努力提高测量设备的性能,将计算机引入测量系统计算修正函数的做法也渐渐出现。到上世纪年代末,探针测量设备已经设计定型并批量生产,其中些设备可以自动完成传统探针法测量电阻率,并给出带厚度修正的电阻率测量结果,电阻率测量范围可以达到,并出现了由计算机控制测量过程的产品。目前探针测量设备已经实现了和计算机技术的紧密结合。国内国外设计生产探针测量电阻率设备的公司也很多。本章小结本设计的薄膜电阻率测试系统由硬件和软件两部分组成。硬件部分主要包括激励电路信号处理电路。激励电路产生测量所需的激励电压和电流,信号处理电路将激励电压和电流信号进行放大滤波处理。设计中采用多功能数据采集卡来完成信号的采集和处理。本设计要求采用基于虚拟仪器技术的探针双电测组合法,应用模拟电子开关设计电流和电压探针切换控制电路,并应用控制实现电流和电压探针的自动切换以及精密电流的输出和电压的测量同时依靠的强大数据处理能力完成范德堡修正因子的计算,最终建立基于虚拟仪器技术的双电测探针薄膜电阻率测量系统。在总结比较各种电阻率测量理论的基础上,选择适合薄膜样品电阻率测量的双电测组合法作为系统构建的理论基础。运用虚拟仪器技术实现自动化测量系统。再依据薄膜的特点设计特殊的功能模块使系统更加适合薄膜材料。最终的系统工作稳定,达到设计要求。本文的主要内容分述如下。首先阐明研究的目的,以纳米磁性薄膜为例说明了电阻率测量在现今薄膜材料研究中的意义。系统的分析和总结了材料电阻率的测量方法以及探针电阻率测量方法的发展过程。接着总结了传统探针法测量原理及修正体系,双电测组合法测量原理和厚度修正公式,并对双电测组合法不需要边界修正的特性给出证明。通过比较,双电测组合法在测量薄膜样品上的优势被体现出来,成为系统构建的理论基础。第章探针电阻率测量原理探针理论是成熟的电阻率测量方法,因其理论简明,测量过程简单方便而被广泛采用。本章首先总结般探针法的基本理论,测准条件以及通过镜像源法得到的修正体系接着介绍了双电测组合法的理论基础,给出电阻率计算方法以及厚度修正公式,并对双电测组合法不需要边界和尺寸修正的特性给出证明。探针基本原理探针电阻率测量法的基本思路是,将电流通入材料,再测量电流在材料中产生的电势差,根据材料的几何特性找到电阻率和电流以及测量电势差之间的关系,进而求出材料的电阻率。由于样品的厚度会影响电力线在样品中的分布,根据样品的厚度应采用不同的物理模型推导探针测量电阻率计算公式,体原理适于块体