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1、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 79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。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
2、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AbstractAt
3、tention 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 mea
4、suring 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
5、 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,
6、 greatly simplified related correction, improve the reliability and 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 mi
7、crocomputer 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 t
8、he 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 resis
9、tivity 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 目录第一章 绪论11.1设计的目的11.2 国内外研究进展11.2.1 电阻
10、率测量对薄膜材料研究的意义21.2.2 电阻率测量技术41.3 本章小结11第二章 四探针电阻率测量原理122.1 四探针基本原理122.1.1 体原理122.1.2 薄层原理142.1.3 测准条件152.2 双电测组合法测量原理162.3 本章小结19第三章 单片机控制技术203.1 单片机简介203.2 单片机的发展203.3 单片机的定时器，中断系统以及串行口213.3.1 单片机的定时器213.3.2 单片机的中断系统及串行口223.4 单片机的人机交互与扩展技术233.4.1 单片机的人机交互技术233.4.2 存储器的扩展与系统扩展技术253.5 单片机应用系统开发与设计253.
11、6 本章小结27第四章 薄膜电阻率测量系统硬件设计284.1 系统设计284.2 应用需求分析284.3 系统硬件结构设计294.3.1 硬件选择304.3.2 硬件模块设计324.4 本章小结34第五章 薄膜电阻率测量系统软件设计355.1 薄膜电阻率测量系统软件构思355.2 信号采集模块375.3 信号处理模块375.4 薄膜电阻率的运算模块385.5 数据显示模块415.6 薄膜电阻率测量软件435.7 本章小结46第六章 总结与致谢47总结47致谢48参考文献49附 录51外文翻译52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
12、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，膜的厚度越来越薄，几百纳米的超薄膜的广泛研究对电阻率测量提出了新的要求。对薄膜这样有平整表面的样品，电阻率测量一般采用四探针法。常见的四探针电阻率测量设备都是为半导体材料设计的。半
13、导体材料材质坚硬，电阻率范围在量级，而薄膜材料不仅是在样品厚度，在样品的材质以及电阻率的范围上都与一般的半导体材料有着显著的不同。以纳米磁性薄膜为例，厚度只有几百纳米，一般采用溅射、电化学沉积、气相沉积等方法制作，附着在基底表面，连接十分脆弱，采用四探针法测量电阻率时，样品极易被针尖划伤，不仅不能完成测量，还会破坏样品；而且它们的电阻率多在以下，超出了一般电阻率测量装置的量程。量程更大精确度更高并且充分考虑薄膜样品特点的测量系统才能满足薄膜样品电阻率的测量需求。1.2 国内外研究进展电阻率是材料的基本参数之一。随着材料科学的不断发展，电阻率测量技术也在不断进步。本节首先说明电阻率测量在薄膜材料
14、研究中的意义，接着总结电阻率测量方法，最后介绍四探针电阻率测量方法的发展历程以及四探针电阻率测量设备的发展状况。1.2.1 电阻率测量对薄膜材料研究的意义随着材料应用领域的拓宽，材料电阻率对材料来说也不仅仅只是标识其导电性能的参数，以纳米磁性薄膜为例说明电阻率测量在薄膜材料研究中的意义。纳米磁性薄膜也是本研究测量对象的原型。纳米薄膜是指尺寸在纳米量级的颗粒(晶粒)构成的薄膜或者层厚在纳米量级的单层或多层薄膜，通常也称作纳米颗粒薄膜和纳米多层薄膜。与普通薄膜相比，纳米薄膜具有许多独特的性能，如具有巨电导、巨磁电阻效应、巨霍尔效应等。因而在军事、重工业、轻工业、石化等领域表现出了广泛的应用前景。常
15、见的纳米磁性薄膜有微波软磁薄膜、巨磁阻薄膜等。在这些应用中电阻率都极大的影响着材料的性能。1. 软磁薄膜随着通信技术的飞速发展，对能在GHz高频段应用的微磁器件提出越来越迫切的需求。以高频电感器为代表的微磁器件在技术革新上的主要难题在于缺乏高频下仍能保持良好性能的磁性材料。另外，通信技术的发展也带来越来越严重的电磁污染，对电磁波吸收材料提出了更高要求，传统的磁性吸波材料由于材料局限性已难以满足这些应用需求。因此，研究在微波高频下具有高磁导率、超低磁损耗或高磁损耗的材料都具有重要意义。软磁材料可以很好的满足这样的需求。所谓软磁材料，特指那些矫顽力小、容易磁化和退磁的磁性材料。软磁材料的用途非常广泛。因为它们容易磁化和退磁，而且具有很高的导磁
