精确低电阻测量从识别误差源开始

　　器件发热

　　当测量温度敏感器件电阻时应该考虑器件发热问题。低电阻测量中所采用的测试电流通常比高电阻测量中的测试电流高得多，因此器件中产生的能耗和温度升高会导致器件电阻发生变化。

　　大多数DMM都无法设置测试电流的大小，因此，必须寻找一些变通的方法尽量减少器件发热。一种简单但有效的方法就是利用仪表的单发触发模式，其中仪表在测量周期中只对DUT施加一个短暂的电流脉冲，以最大限度减小器件发热误差。偏移补偿也可用于减少器件发热。在偏移补偿方法中，只在总测试时间50%的长度内施加测试电流，从而可以减少DUT的能耗。

　　低电阻测量应用

　　某些常见的低电阻测量类应用包括电感器件测试、接触电阻和超导电阻的测量，以及导体的电阻率测量。这些测量可以采用一个纳伏计配一个电流源来进行。

　　电感器件的测试

　　电感器件除了电感之外通常具有较小的电阻。一般采用DMM测量这种小电阻，但是电感器和 测量仪 器 之间的相互作用会使得这些测量过程变得复杂。某些问题包括振荡、负读数等，通常表现为读数不稳定。

　　当出现这些问题时，要尝试在多个量程上进行测量，检查读数值是否有响应。如果可能，要避免采用偏移补偿（脉冲式电流）方法，因为电感对电流脉冲的反应会导致不稳定的测量，或者使自动变换量程变得非常困难。要尽量使用较高的电阻量程。

　　通过一台 示波器 与器件和 电表 并联可以检查振荡的情况。某些情况下，在电感上跨接一个 二极管 可以在电场消失时对感应产生的感生电压进行箝位，从而稳定住振荡。

　　接触电阻测量

　　接触电阻是电流流经一对紧密接触的导体时产生的电阻。这类测量是对接头、 继电器 和 开关 之类的元件进行的，大小通常在几微欧到几欧的范围内。一般地，具有四端测量功能的欧姆计可用于防止引线电阻增加到测量中。

　　接触电阻测试的目的通常是判断接触氧化物或其它积累形成的表面膜是否增大了DUT的电阻。如果器件上的电压太高，那么这种膜会破裂，使得测试无效。击穿膜所需的电压通常是30毫伏～100毫伏。

　　测试过程中流经接 触点 的电流过大会使接触点及其周围区域变软甚至熔化，增大接触面积，减小接触电阻。干电路方法通常用于防止这类问题。在干电路技术中，电压和电流被限制在不会引起接触点物理和电气状态发生变化的大小范围内。这意味着开路电压为20毫伏以下，短路电流为100毫安以下。由于测试电流很小，所以需要一台非常灵敏的伏特计测量电压降，其量程通常在微伏的量级。其它一些测试方法都可能导致接触点的物理或电气特性发生变化，因此干电路测量应该在进行其它电气测试之前进行。

　　超导电阻的测量

　　某些材料在极低的温度下会变成超导体。超导体的转换温度（即它的电阻从有限值变为零的温度点）和临界电流密度（即在变成电阻性导体之前它在一定的温度和磁场条件下能够输运的最大电流密度）是两个最常见的测量参数。对这些参数进行特征分析需要测量非常小的电阻。

　　图6给出了一种基本的超导体电阻测量结构。电压引线应该采用塞贝克系数低于样本的材料制成。必须采用纳伏计进行精确的测量。对于转换温度测量，电流源必须保持低于样本的临界电流。如果电流太高，那么产生的能耗可能损坏样本与低温保持器。但是，对于临界电流测量，电流源必须能够提供超过样本临界电流的电流。电流源应该具有可编程的极性，这样可以采用电流倒向方法进行测试。

图6 超导体电阻测量结构

　　近年来，仪器制造商已经开发出了很多简化测量过程的功能。例如，吉时利的2182A型纳伏计和 6220 型电流源就可以协同工作自动实现德尔塔方法。在这种模式下，6220自动交替改变电流极性，然后触发纳伏计采集每种极性下的读数。然后，电流源显示经过“补偿”的电阻值。随着样本温度的变化，可以绘制出电阻与温度的关系曲线。在测量临界电流时，可以联合使用纳伏计和电流源，在一个电流范围内产生精确的I-V曲线。

　　导电材料的电阻率测量

　　导体电阻率的测量需要测量已知几何尺寸的样本的电阻，其中要通过一对引线将电流施加给样本同时利用另外一对引线测量电压降。尽管测量电阻率的特定方法取决于样本的尺寸和形状，但所有的方法都需要一个灵敏的伏特计和一个电流源。

　　块状材料的电阻率

　　图7给出了一种用于测试块状材料（例如金属块或棒）电阻率的系统。电流源连接样本的两端。伏特计引线放置在间隔距离已知的位置上。根据样本的横截面面积和伏特计引线之间的距离可以计算出电阻率：

　　其中，ρ=电阻率，单位是Ω-cm，V=伏特计测得的电压，I=电流源，A=样本的横截面面积（w×t），单位是cm2，L=伏特计引线之间的距离长度，单位是cm。

　　为了补偿热电电压，我们在正向测试电流下获得一个电压读数，在负向电流下获得另一个电压读数。利用这个两个读数的绝对值求出平均值，用于上述公式的V/I。大多数材料都有明显的温度系数，因此一定要把样本保持在已知的温度下。

图7 块状材料电阻率测试系统

　　范德堡方法

　　尽管范德堡电阻率测量方法主要用于半导体领域，但是它们还有其它一些应用，例如测量超导体或金属薄片的电阻率。范德堡方法用于扁平、厚度均匀、形状任意且不含单独孔洞的样本。接触点应该小并且放在样本的外围。要对样本进行8次测量，然后将这些测量结果进行数学组合，得到样本的平均电阻率。

　　正如本文所述，测量仪器和测量技术的正确组合对于确保低电阻测量应用的精度是大有帮助的。

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