Keysight是德B298絕緣材料電阻率測量

Keysight是德B298絕緣材料電阻率測量序言

Keysight B298和 B2987A靜電計(jì)/高阻表通過在前面板上提供的電阻或電流隨時(shí)間的變化信息， 簡化了絕緣材料表面電阻率和體積電阻率的表征。
您可用 Keysight 16008B電阻盒對薄膜或片狀材料的表面電阻率或體積電阻率進(jìn)行測量， 還能用定制的電阻率測量夾具來測量其他形狀的樣品。
Keysight B298和B2987A靜電計(jì)/高阻表具有*的10aA(0.01fA) 電流測量分辨率， 使用內(nèi)置的1000V電壓源可測量zui高10PΩ (10 16Ω)電阻。
根據(jù)ASTM D257標(biāo)準(zhǔn)(除非另作說明)， 絕緣和表面電阻通常是在施加測試電壓(帶電)60秒之后測得， 因此能夠測量這些參數(shù)隨時(shí)間的變化是很重要的。
B298和 B2987A提供計(jì)時(shí)器觸發(fā)和運(yùn)算功能， 可在的時(shí)間對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算， 以得出不同點(diǎn)上的電阻率數(shù)據(jù)。 另外， B298/B2987A還在顯示屏上提供電阻率與測試時(shí)間的趨勢圖， 使用戶能夠查看在記錄zui終電阻率值之前的電阻率變化。
本技術(shù)概述介紹了如何使用B298/87A和16008B進(jìn)行的電阻率測量。
注: B2987A 提供內(nèi)置充電電池選件， 在不接到交流電的情況下也能正常操作。
本文中的重要詞匯:
極小電流測量中的公制單位前綴:
‾ peta(P)=10 15
‾ tera(T)=10 12
‾ giga(G)=10 9
‾ pico(p)=10 -12
‾ femto(f)=10 -15
‾ atto(a)=10 -183

Keysight B298/B2987A靜電計(jì)/高阻表電阻率測量
1. 測量基礎(chǔ)知識
電阻率測定有兩種基本方法: 體積和表面。
下面章節(jié)將會講解這兩種方法。
體積電阻率測量
體積電阻率測量一般采用圖 1所示的測試夾具電極配置— 將電壓源 Vs施加到上電極， 流經(jīng)測試樣品的大電流為 Im， 隨后體積電阻率 Rv 用公式 Rv = Vs/Im 計(jì)算。 從測試樣品流向保護(hù)電極的大電流和從上電極流向保護(hù)電極的表面電流都屬于泄露電流； 然而這些電流都會進(jìn)入 Vs的低側(cè)， 不會對用于計(jì)算 Rv的電流表電流(Im)的大小造成影響。
體積電阻率Rv可用公式 rv=EAR/STHxRv計(jì)算出， 其中:
EAR=Effective area有效面積
STH=Sample thickness樣品厚度
表面電阻率測量
表面電阻率測量一般采用圖 2 所示的電極配置 — 將電壓源 Vs 施加到護(hù)環(huán)電極， 在測試樣品表面上的電流從保護(hù)電極流向主電極， 表面電流被為 Im。 表面電阻 Rs 可用公式 Rs = Vs/Im 計(jì)算。 從護(hù)環(huán)流向上電極的電流是泄露電流； 然而這個(gè)電流會流入 Vs 的低側(cè)， 不會對用于計(jì)算 Rv 的電流表電流(Im)的大小造成影響。
表面電阻可用公式 rs=EPER/GLENxRs計(jì)算出， 其中:
EPER=Effective perimeter有效周長
GLEN=Gap length間隔長度
B2985/87A可利用內(nèi)置的MATH功能計(jì)算和顯示上述參數(shù)。
圖1. 體積電阻率測量
圖2. 表面電阻率測量
Rv=Vs/Im
上電極
16008B
電阻率電池
(剖面圖)
保護(hù)電極
主電極
Vs
Im
測試樣品
電流流向
主電極 表面邊緣
泄露電流
電流表 泄露
電流
電壓源
Vs高
Vs低
0v
+ -
電流從表面
流向主電極
Rv=Vs/Im
16008B
電阻率電池
(剖面圖)
上電極
主電極
Im
電流表
0v
0 + -
v
測試樣品
Vs
電壓源
保護(hù)
電極
泄露

2. 測量支持功能
B298和B2987A具有多個(gè)適用于電阻率測量的特性。
測量時(shí)間設(shè)置:
電阻率測量通常是在施加一個(gè)激勵(lì)信號后的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行， 因?yàn)榻^緣材料的電阻率一般不會迅速收斂于一個(gè)穩(wěn)定值， 這就要求任何的電阻率技術(shù)指標(biāo)都必須對應(yīng)電阻測量時(shí)間點(diǎn)。 除非另作說明， 我們通常是在輸入一個(gè)激勵(lì)信號 (帶電) 60 秒后開始進(jìn)行電阻率測量(根據(jù)ASTM D257標(biāo)準(zhǔn))。
B298和B2987A允許您在輸入激勵(lì)信號之后(帶電)開始測量的確切時(shí)間。
濕度和溫度測量:
由于電阻率測量會受到環(huán)境溫度和濕度的影響， 因此有必要記錄每一次測量的數(shù)據(jù)， 以方便用戶比較不同材料的電阻率測量結(jié)果。
B298和B2987A允許您測量和記錄環(huán)境溫度和濕度以及電阻測量數(shù)據(jù)。
趨勢圖顯示:
由于電阻率測量通常會在輸入電壓激勵(lì)信號之后有所改變， 儀表能夠顯示電阻率從輸入激勵(lì)信號到zui終測量結(jié)束過程中的變化， 這會為用戶帶來極大便利。B298和B2987A允許您通過圖表來監(jiān)測電阻率隨時(shí)間的變化。
16008B電阻盒
B2987A
N1413A
高阻表夾具
適配器
電流表
輸入
互鎖連接
高壓輸出
16088B
體積/表面
選擇器
控制開關(guān):
- PULL 位置

本節(jié)介紹了如何使用Keysight B298/B2987A靜電計(jì)/高阻表和16008B 電阻盒進(jìn)行電阻率測量。
圖3顯示了B2987A和16008B進(jìn)行電阻率測量的連接后視圖。
請確保儀表已經(jīng)通過互鎖電纜連接，將 N1413A 的控制開關(guān)切換到 PULL 位置； 并且啟用"Floating DUT"模式。
使用圖 4所示的 16008B體積/表面選擇器上的旋鈕， 就可以切換體積電阻率測量和表面電阻率測量。
使用16008B電阻盒進(jìn)行電阻率測量的實(shí)例圖5. 測試電極的尺寸和電阻率計(jì)算參數(shù)在本例中， 夾具的測試電極是16008B電阻盒的標(biāo)準(zhǔn)配置。 電極尺寸為:
‾ 主電極: 直徑50mm
‾ 防護(hù)電極: (內(nèi))直徑70mm
體積電阻率測量實(shí)例所使用的測試樣品是一種與靜電隔離袋材質(zhì)相同的塑料薄膜， 適用于放置靜電敏感器件。
表面電阻率測量實(shí)例所使用的測試樣品是橡膠薄片。
電阻率計(jì)算的詳細(xì)內(nèi)容可參見圖5。

圖3. B2987A和16008B進(jìn)行電阻率測量的配置
圖4. 16008B體積/表面選擇器的開關(guān)
50 mm
70 mm
- EPER: 有效周長 (mm)
π x (50+70)/2 = 188.5 mm
- GLEN: 間隔長度 (mm)
(70-50)/2 = 10 mm
- EAR: 有效區(qū)域 (mm^2)
(π x (50+10)^2) /4 = 2827.4 mm^2
- STH: 樣品厚度 (mm)
0.02 mm (20 μm)
保護(hù)電極
EPER
GLEN
EAR
主電極

實(shí)例1. 體積電阻率測量
以下步驟演示了如何設(shè)置和執(zhí)行體積電阻率測量。
B298前面板操作及測量步驟
1. 在16008B電阻盒中放入測試樣品。
注: 本例使用了與靜電隔離袋材質(zhì)相同的塑料薄膜。
將16008B體積/表面選擇器的開關(guān)切換到"體積(Volume)"位置。
2. 按下[視圖(View)]鍵， 以顯示功能鍵View的菜單。 接下來按下[儀表視圖(Meter View)]功能鍵， 并按下[AMPS(I)]輔助鍵。
3. (1) 檢查電壓源(Voltage Source)字段是否設(shè)置為0V。
(2) 如果不是， 將字段指針移動到電壓源值， 再按下[旋鈕(knob)]進(jìn)行電壓編輯。
(3) 字段指針變?yōu)榫G色編輯(EDIT)狀態(tài)。
(4) 設(shè)置電壓為0V。 用箭頭鍵選擇想要編輯的數(shù)字。

(1) 按下 鍵, 顯示視圖 (View) 功能鍵。
(2) 按下 鍵,
(3) 再按下 鍵。
(1) 如果電壓源的值不是 0 V, 要執(zhí)行以下步驟。
(2) 旋轉(zhuǎn) , 將字段指針移動到電壓源值，
(3) 字段指針變?yōu)榫G色編輯 (EDIT) 狀態(tài), 狀態(tài)信息
將變成可編輯 (EDIT)。
(4) 通過旋轉(zhuǎn) 可將電壓設(shè)置為 0 V, 按下以固定數(shù)值。
然后按下旋鈕進(jìn)行電壓編輯。

4. 設(shè)置運(yùn)算(MATH)參數(shù)， 以進(jìn)行體積電阻率和表面電阻率計(jì)算:
5. 運(yùn)算變量輸入面板已打開。
將索引(Index)設(shè)置為"01"(參見下圖中的步驟"a")。
執(zhí)行下圖中的步驟"b"至"i"， 將索引7中的變量設(shè)為188.5(mm)， 參見步驟h。
步驟 1. 按下 [視圖 (View)] 鍵, 以顯示 [系統(tǒng)菜單 (System Menu)] 功能鍵。
步驟 2. 按下 [系統(tǒng)菜單 (System Menu)] 鍵, 再按下 [功能 (Function)] 鍵。
步驟 3. 按下 [運(yùn)算 (Math)] 鍵。
步驟 4. 按下 [變量 (Variable)] 鍵。
b. 點(diǎn)擊編輯
(EDIT)模式
旋轉(zhuǎn)到索引“07， EPER”
(有效周長)字段。
d. 點(diǎn)擊移動
(MOVE) 模式
旋轉(zhuǎn)到 “數(shù)值 (Value)” 字段。
點(diǎn)擊并輸入 EPER 值。
使用 [旋鈕 (knob)] 和箭頭鍵
來輸入數(shù)值。
h. 將 “EPER” 參數(shù)設(shè)為 188.5 (mm)。
i. 對 “08” 至 “10” 索引值重復(fù)相同的步驟。

6. 在對索引08到10的變量完成上述步驟之后， 所有的參數(shù)應(yīng)當(dāng)按照下圖進(jìn)行設(shè)置。
按下[應(yīng)用(Apply)]， 再按下[OK]鍵， 可以保存數(shù)值和關(guān)閉運(yùn)算變量(Math Variable)輸入面板。
7. 設(shè)置測量所用到的測試電壓。
(1) 按下[儀表視圖(Meter View)]功能鍵。
(2) 連續(xù)兩次按下[More...1 of 3]輔助鍵， 以顯示[More...3 of 3]功能鍵。
(3) 按下[顯示電壓源功能(Show VS Func.)]輔助鍵， 以顯示VS功能菜單。
8. 將VS功能改為編輯(EDIT)模式， 并選擇[線性單掃描(LINEAR SINGLE)]輔助鍵。
所有的電阻率運(yùn)算參數(shù)都已設(shè)置好。
按下 [應(yīng)用 (Apply)], 再按下 [OK] 鍵, 可以設(shè)置和關(guān)閉運(yùn)算變量
(Math Variable) 輸入面板。
(3) 按下 鍵。
3 .
(1) 按下 鍵,
(2) 按下 鍵兩次, 直至出現(xiàn) . 鍵。
1 .
2 .
3 .
(1) 使用 點(diǎn)擊 VS 功能, 會使輔助鍵菜單發(fā)生變化。
(2) 按下 輔助鍵。
1 .
通過旋轉(zhuǎn) 可以將光標(biāo)移動到 VS 功能。

9. 通過下圖中的步驟可以完成掃描參數(shù)的設(shè)置。
(1) 電源(Source)形狀指示器應(yīng)當(dāng)改為指示線性單掃描。
(2) 按照下列數(shù)值編輯掃描參數(shù)。
‾ 開始(Start): 500V
‾ 停止(Stop): 500V
‾ 點(diǎn)數(shù)(Points): 1
(3) 按下[隱藏電壓源功能(Hide VS Func.)]輔助鍵。
VS范圍設(shè)置模式已打開。
(4) 將字段指針移動到"Spot Source Range"， 然后按下[旋鈕(Knob)]可將字段更改為編輯(EDIT)模式。
(5) 按下[+1000V]輔助鍵， 將VS范圍設(shè)置為1000V。
10.(1) VS范圍指示出電壓被設(shè)定在1000V。
(2) 連續(xù)兩次按下[More..3 of 3]輔助鍵， 直至它處于[More...2 of 3]。
(3) 按下[顯示觸發(fā)(Show Trigger)]輔助鍵。
(4) 點(diǎn)擊觸發(fā)(Trigger)模式， 并更改為編輯(EDIT)模式。 輔助鍵更改為觸發(fā)(Trigger)選擇菜單。
(5) 按下[手動(MANUAL)]輔助鍵。
(6) 觸發(fā)(Trigger)模式更改為手動(MANUAL)模式。
11.手動觸發(fā)(Manual Trigger)參數(shù)的輸入字段已打開。
在本例中， 將觸發(fā)設(shè)為5秒間隔， zui終采樣設(shè)在60秒。
(1) 按照下列數(shù)據(jù)更改手動觸發(fā)(Manual)參數(shù):
測量計(jì)數(shù): 13
測量時(shí)延: 500ms(設(shè)置在偏置電壓輸出后有500ms時(shí)延。 )
測量時(shí)間: 5秒(每隔5秒執(zhí)行采樣。 )
源計(jì)數(shù): 1(開始-停止)
測量和源觸發(fā): 自動 (AUTO)
(2) 按下[隱藏觸發(fā)(Hide Trigger)]輔助鍵。
(3) 按下[顯示滾降(Show Roll)]輔助鍵， 為接下來的測量做準(zhǔn)備。
屏幕的下半部分會顯示儀表視圖和滾降視圖。

12.可選設(shè)置
如果您在使用濕度傳感器和/或熱電偶， 可將其接到B298/87A的后面板輸入端， 這樣您就能測量在測試環(huán)境中的濕度和溫度。
注: 由于濕度對電阻率測量的影響很明顯， 因此如果您在一個(gè)不可控的環(huán)境內(nèi)進(jìn)行電阻率測量， 那么您應(yīng)當(dāng)監(jiān)測濕度指標(biāo)。
13.輸出打開。
(1) 按下電壓源[通/斷(On/Off)]鍵， 以輸出0V電壓。
(2) 然后按下電流表[通/斷(On/Off)]鍵， 以連接這個(gè)電流表。
(3) 自動執(zhí)行單次電流測量。
注: 如果已接到濕度和溫度傳感器， 也會顯示這一數(shù)據(jù)。
14.按下[OHMS(R)]輔助鍵， 將測量參數(shù)更改為電阻。
a. 儀表視圖(Meter View)的單位更改為"Ω"。
b. 下面步驟將設(shè)置運(yùn)算(MATH)功能并計(jì)算體積電阻率。
執(zhí)行下圖中b部分所列出的第1至3個(gè)步驟。
1 . 2.
3 .
(1) 電壓源接通
(2) 電流表接通
(3) 自動執(zhí)行測量。
1.
2 .
(1) 點(diǎn)擊前面板上的 鍵。
運(yùn)算表達(dá)式 (Math Expression) 面板出現(xiàn)在顯示屏上。
(2) 點(diǎn)擊 旋鈕，將模式更改為編輯 (EDIT) 模式。
(3) 滾動到 “VRESISTIVITY” MATH 功能, 然后點(diǎn)擊
旋鈕。
按下 [OHMS(R)] 輔助鍵。測量模式更改為 OHMS 模式。

15."運(yùn)算(MATH)"指示器顯示了VRESISTIVITY功能已經(jīng)設(shè)置好。
通過運(yùn)算功能計(jì)算出來的數(shù)據(jù)在主要測量數(shù)據(jù)顯示字段中顯示。
電阻數(shù)據(jù)在次要測量數(shù)據(jù)顯示字段中顯示。
16.以下操作適用于體積電阻率測量。
按下[單次(Single)]測量按鈕。
體積電阻率測量的時(shí)間是5到60秒。
電阻率的單位"PO"表示Peta-Ohm/cm。
注: 體積電阻率的單位是Ωcm。
V Resistivity
Resistance
(1) 旋轉(zhuǎn) 把焦點(diǎn)移動到單位 (Unit) 輸入字段。
(2) 點(diǎn)擊 旋鈕, 把單位設(shè)置為 “O” (即, 歐姆)。
(3) 按下 [OK] 鍵來設(shè)置 VRESISTIVITY MATH 功能。

滾降視圖可以繪制電阻數(shù)據(jù)的趨勢。
注: 滾降視圖不能繪制運(yùn)算數(shù)據(jù)， 但可用于查看測量數(shù)據(jù)趨勢。
17.運(yùn)算數(shù)據(jù)不能在圖形視圖中顯示。
通過下列步驟來繪制體積電阻率與帶電時(shí)間的關(guān)系圖。
(1) 按下 鍵, 顯示視圖 (View) 功能鍵。
(2) 按下 鍵, 顯示圖形視圖 (Graph View)。
(3) 用 旋鈕按照下列數(shù)據(jù)設(shè)置坐標(biāo)軸。
Y: 運(yùn)算
X: 時(shí)間(秒)
將會得到下圖。
點(diǎn)擊 [單次 (Single)] 鍵。 [ARM] 指示器亮起, 掃描測量開始進(jìn)行。
注: 在測量過程中， 運(yùn)算數(shù)據(jù)不能實(shí)時(shí)繪制。
運(yùn)算數(shù)據(jù)隨時(shí)間的變化會在掃描測量結(jié)束后自動開始繪制。

實(shí)例2. 表面電阻率測量
表面電阻率測量基本上與體積電阻率測量相同， 但包括以下幾種例外情況。
您可以參考實(shí)例1中的相同步驟進(jìn)行表面電阻率測量， 但要注意以下幾點(diǎn)不同。
1. 在16008B電阻率電池中放入測試樣品。
注: 本例使用了橡膠薄板作為測試材料。
將16008B體積/表面選擇器的開關(guān)切換到"表面(Surface)"位置。
2. 下面步驟將設(shè)置運(yùn)算(MATH)功能并計(jì)算表面電阻率測量。
按照下圖中的第(1)至(4)步驟操作。
3. 開始進(jìn)行表面電阻率測量。
按下[單次(Single)]測量按鈕。
表面電阻率測量的時(shí)間是5到60秒。
電阻率的單位"PO"表示Peta-Ohm。
點(diǎn)擊[單次(Single)]鍵。 [ARM]指示器亮起, 掃描測量開始進(jìn)行。
(1) 點(diǎn)擊前面板上的 鍵。運(yùn)算表達(dá)式
(2) 點(diǎn)擊 旋鈕, 將模式更改為編輯模式。
(3) 滾動到 “SRESISTIVITY” MATH 功能。
(4) 按下 [OK] 鍵來設(shè)置 SRESISTIVITY MATH 功能。
(Math Expression) 面板出現(xiàn)在顯示屏上。
實(shí)例2. 表面電阻率測量 (續(xù))
4. 顯示了圖形視圖(Graph View)結(jié)果。
實(shí)例3. 保存測試設(shè)置
您可以把測試配置和測試設(shè)置保存到內(nèi)存或外部 USB 存儲設(shè)備， 無需重復(fù)輸入?yún)?shù)即
可再次進(jìn)行測量。
下面實(shí)例介紹了如何保存測試設(shè)置到內(nèi)存。
1. 按下[保存(Save)]鍵。 出現(xiàn)一個(gè)"選擇要保存的路徑"彈出窗口。
2. 按下在儀器底部顯示的功能鍵位置中的任意一個(gè)， 即可選擇當(dāng)前設(shè)置要保存的內(nèi)存
路徑。
稍后通過按下[調(diào)用(Recall)]鍵并選擇設(shè)置， 您能夠調(diào)用這個(gè)設(shè)置。
(1) 按下 鍵, 顯示視圖 (View) 功能鍵。
(2) 按下 鍵, 顯示圖形視圖 (Graph View)。
(3) 用 鍵按照下列數(shù)據(jù)設(shè)置坐標(biāo)軸。
Y: 運(yùn)算
X: 時(shí)間 (秒)
將會得到下圖。
按下 鍵, 然后選擇其中一個(gè)存儲密匙來保存設(shè)置。
已保存的設(shè)置可通過按下鍵來調(diào)用。

Keysight是德B298絕緣材料電阻率測量總結(jié)
Keysight B298和 B2987A靜電計(jì)/高阻表可與 16008B電阻盒搭配使用， 提供更出色的表面電阻率和體積電阻率材料表征能力。 另外， 它們還提供直觀的圖形用戶界面和的測量精度。
Keysight B298/B2987A 靜電計(jì)/高阻表使用 1000 V 測試電壓源可測量zui高 10 PΩ (10 16Ω)電阻。
您可以在施加測試電壓之后任意的測量時(shí)延， 包括ASTM D257標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的60秒。
B298/B2987A使用內(nèi)置運(yùn)算功能對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算， (根據(jù)測試夾具和測試樣品的尺寸)能夠顯示體積電阻率和表面電阻率。
計(jì)時(shí)器觸發(fā)和趨勢圖特性可使您十分靈活地表征新興的材料和器件。