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/高阻表通過在前面板上提供的電阻或電流隨時間的變化信息， 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/高阻表具有*的10aA(0.01fA) 電流測量分辨率， 使用內置的1000V電壓源可測量zui高10PΩ (10 16Ω)電阻。
根據ASTM D257標準(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隨時間的變化是很重要的。
B298和 B2987A提供計時器觸發和運算功能， 可在的時間對測量數據進行計算， 以得出不同點上的電阻率數據。 另外， B298/B2987A還在顯示屏上提供電阻率與測試時間的趨勢圖， 使用戶能夠查看在記錄zui終電阻率值之前的電阻率變化。
本技術概述介紹了如何使用B298/87A和16008B進行的電阻率測量。
注: B2987A 提供內置充電電池選件， 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/高阻表電阻率測量
1. 測量基礎知識
電阻率測定有兩種基本方法: 體積和表面。
下面章節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 計算。 從測試樣品流向保護電極的大電流和從上電極流向保護電極的表面電流都屬于泄露電流； 然而這些電流都會進入 Vs的低側， 不會對用于計算 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 施加到護環電極， 在測試樣品表面上的電流從保護電極流向主電極， 表面電流被為 Im。 表面電阻 Rs 可用公式 Rs = Vs/Im 計算。 從護環流向上電極的電流是泄露電流； 然而這個電流會流入 Vs 的低側， 不會對用于計算 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計算出， 其中:
EPER=Effective perimeter有效周長
GLEN=Gap length間隔長度
B2985/87A可利用內置的MATH功能計算和顯示上述參數。
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
電極
泄露

2. 測量支持功能
B298和B2987A具有多個適用于電阻率測量的特性。
測量時間設置:
電阻率測量通常是在施加一個激勵信號后的時間內進行， 因為絕緣材料的電阻率一般不會迅速收斂于一個穩定值， 這就要求任何的電阻率技術指標都必須對應電阻測量時間點。 除非另作說明， 我們通常是在輸入一個激勵信號 (帶電) 60 秒后開始進行電阻率測量(根據ASTM D257標準)。
B298和B2987A允許您在輸入激勵信號之后(帶電)開始測量的確切時間。
濕度和溫度測量:
由于電阻率測量會受到環境溫度和濕度的影響， 因此有必要記錄每一次測量的數據， 以方便用戶比較不同材料的電阻率測量結果。
B298和B2987A允許您測量和記錄環境溫度和濕度以及電阻測量數據。
趨勢圖顯示:
由于電阻率測量通常會在輸入電壓激勵信號之后有所改變， 儀表能夠顯示電阻率從輸入激勵信號到zui終測量結束過程中的變化， 這會為用戶帶來極大便利。B298和B2987A允許您通過圖表來監測電阻率隨時間的變化。
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:
- PULL 位置

本節介紹了如何使用Keysight B298/B2987A靜電計/高阻表和16008B 電阻盒進行電阻率測量。
圖3顯示了B2987A和16008B進行電阻率測量的連接后視圖。
請確保儀表已經通過互鎖電纜連接，將 N1413A 的控制開關切換到 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電阻盒進行電阻率測量的實例圖5. 測試電極的尺寸和電阻率計算參數在本例中， 夾具的測試電極是16008B電阻盒的標準配置。 電極尺寸為:
‾ 主電極: 直徑50mm
‾ 防護電極: (內)直徑70mm
體積電阻率測量實例所使用的測試樣品是一種與靜電隔離袋材質相同的塑料薄膜， 適用于放置靜電敏感器件。
表面電阻率測量實例所使用的測試樣品是橡膠薄片。
電阻率計算的詳細內容可參見圖5。

圖3. B2987A和16008B進行電阻率測量的配置
圖4. 16008B體積/表面選擇器的開關
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)
保護電極
EPER
GLEN
EAR
主電極

實例1. 體積電阻率測量
以下步驟演示了如何設置和執行體積電阻率測量。
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相同的塑料薄膜。
將16008B體積/表面選擇器的開關切換到"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)]進行電壓編輯。
(3) 字段指針變為綠色編輯(EDIT)狀態。
(4) 設置電壓為0V。 用箭頭鍵選擇想要編輯的數字。

(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, 要執行以下步驟。
(2) 旋轉 , 將字段指針移動到電壓源值，
(3) 字段指針變為綠色編輯 (EDIT) 狀態, 狀態信息
將變成可編輯 (EDIT)。
(4) 通過旋轉 可將電壓設置為 0 V, 按下以固定數值。
然后按下旋鈕進行電壓編輯。

4. 設置運算(MATH)參數， 以進行體積電阻率和表面電阻率計算:
5. 運算變量輸入面板已打開。
將索引(Index)設置為"01"(參見下圖中的步驟"a")。
執行下圖中的步驟"b"至"i"， 將索引7中的變量設為188.5(mm)， 參見步驟h。
步驟 1. 按下 [視圖 (View)] 鍵, 以顯示 [系統菜單 (System Menu)] 功能鍵。
步驟 2. 按下 [系統菜單 (System Menu)] 鍵, 再按下 [功能 (Function)] 鍵。
步驟 3. 按下 [運算 (Math)] 鍵。
步驟 4. 按下 [變量 (Variable)] 鍵。
b. 點擊編輯
(EDIT)模式
旋轉到索引“07， EPER”
(有效周長)字段。
d. 點擊移動
(MOVE) 模式
旋轉到 “數值 (Value)” 字段。
點擊并輸入 EPER 值。
使用 [旋鈕 (knob)] 和箭頭鍵
來輸入數值。
h. 將 “EPER” 參數設為 188.5 (mm)。
i. 對 “08” 至 “10” 索引值重復相同的步驟。

6. 在對索引08到10的變量完成上述步驟之后， 所有的參數應當按照下圖進行設置。
按下[應用(Apply)]， 再按下[OK]鍵， 可以保存數值和關閉運算變量(Math Variable)輸入面板。
7. 設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。
所有的電阻率運算參數都已設置好。
按下 [應用 (Apply)], 再按下 [OK] 鍵, 可以設置和關閉運算變量
(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 . 鍵。
1 .
2 .
3 .
(1) 使用 點擊 VS 功能, 會使輔助鍵菜單發生變化。
(2) 按下 輔助鍵。
1 .
通過旋轉 可以將光標移動到 VS 功能。

9. 通過下圖中的步驟可以完成掃描參數的設置。
(1) 電源(Source)形狀指示器應當改為指示線性單掃描。
(2) 按照下列數值編輯掃描參數。
‾ 開始(Start): 500V
‾ 停止(Stop): 500V
‾ 點數(Points): 1
(3) 按下[隱藏電壓源功能(Hide VS Func.)]輔助鍵。
VS范圍設置模式已打開。
(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范圍設置為1000V。
10.(1) VS范圍指示出電壓被設定在1000V。
(2) 連續兩次按下[More..3 of 3]輔助鍵， 直至它處于[More...2 of 3]。
(3) 按下[顯示觸發(Show Trigger)]輔助鍵。
(4) 點擊觸發(Trigger)模式， 并更改為編輯(EDIT)模式。 輔助鍵更改為觸發(Trigger)選擇菜單。
(5) 按下[手動(MANUAL)]輔助鍵。
(6) 觸發(Trigger)模式更改為手動(MANUAL)模式。
11.手動觸發(Manual Trigger)參數的輸入字段已打開。
在本例中， 將觸發設為5秒間隔， zui終采樣設在60秒。
(1) 按照下列數據更改手動觸發(Manual)參數:
測量計數: 13
測量時延: 500ms(設置在偏置電壓輸出后有500ms時延。 )
測量時間: 5秒(每隔5秒執行采樣。 )
源計數: 1(開始-停止)
測量和源觸發: 自動 (AUTO)
(2) 按下[隱藏觸發(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備。
屏幕的下半部分會顯示儀表視圖和滾降視圖。

12.可選設置
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， 因此如果您在一個不可控的環境內進行電阻率測量， 那么您應當監測濕度指標。
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， 以連接這個電流表。
(3) 自動執行單次電流測量。
注: 如果已接到濕度和溫度傳感器， 也會顯示這一數據。
14.按下[OHMS(R)]輔助鍵， 將測量參數更改為電阻。
a. 儀表視圖(Meter View)的單位更改為"Ω"。
b. 下面步驟將設置運算(MATH)功能并計算體積電阻率。
執行下圖中b部分所列出的第1至3個步驟。
1 . 2.
3 .
(1) 電壓源接通
(2) 電流表接通
(3) 自動執行測量。
1.
2 .
(1) 點擊前面板上的 鍵。
運算表達式 (Math Expression) 面板出現在顯示屏上。
(2) 點擊 旋鈕，將模式更改為編輯 (EDIT) 模式。
(3) 滾動到 “VRESISTIVITY” MATH 功能, 然后點擊
旋鈕。
按下 [OHMS(R)] 輔助鍵。測量模式更改為 OHMS 模式。

15."運算(MATH)"指示器顯示了VRESISTIVITY功能已經設置好。
通過運算功能計算出來的數據在主要測量數據顯示字段中顯示。
電阻數據在次要測量數據顯示字段中顯示。
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 把焦點移動到單位 (Unit) 輸入字段。
(2) 點擊 旋鈕, 把單位設置為 “O” (即, 歐姆)。
(3) 按下 [OK] 鍵來設置 VRESISTIVITY MATH 功能。

滾降視圖可以繪制電阻數據的趨勢。
注: 滾降視圖不能繪制運算數據， 但可用于查看測量數據趨勢。
17.運算數據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間的關系圖。
(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 旋鈕按照下列數據設置坐標軸。
Y: 運算
X: 時間(秒)
將會得到下圖。
點擊 [單次 (Single)] 鍵。 [ARM] 指示器亮起, 掃描測量開始進行。
注: 在測量過程中， 運算數據不能實時繪制。
運算數據隨時間的變化會在掃描測量結束后自動開始繪制。

實例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。
您可以參考實例1中的相同步驟進行表面電阻率測量， 但要注意以下幾點不同。
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/表面選擇器的開關切換到"表面(Surface)"位置。
2. 下面步驟將設置運算(MATH)功能并計算表面電阻率測量。
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間是5到60秒。
電阻率的單位"PO"表示Peta-Ohm。
點擊[單次(Single)]鍵。 [ARM]指示器亮起, 掃描測量開始進行。
(1) 點擊前面板上的 鍵。運算表達式
(2) 點擊 旋鈕, 將模式更改為編輯模式。
(3) 滾動到 “SRESISTIVITY” MATH 功能。
(4) 按下 [OK] 鍵來設置 SRESISTIVITY MATH 功能。
(Math Expression) 面板出現在顯示屏上。
實例2. 表面電阻率測量 (續)
4. 顯示了圖形視圖(Graph View)結果。
實例3. 保存測試設置
您可以把測試配置和測試設置保存到內存或外部 USB 存儲設備， 無需重復輸入參數即
可再次進行測量。
下面實例介紹了如何保存測試設置到內存。
1. 按下[保存(Save)]鍵。 出現一個"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， 即可選擇當前設置要保存的內存
路徑。
稍后通過按下[調用(Recall)]鍵并選擇設置， 您能夠調用這個設置。
(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 鍵按照下列數據設置坐標軸。
Y: 運算
X: 時間 (秒)
將會得到下圖。
按下 鍵, 然后選擇其中一個存儲密匙來保存設置。
已保存的設置可通過按下鍵來調用。

Keysight是德B298絕緣材料電阻率測量總結
Keysight B298和 B2987A靜電計/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/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延， 包括ASTM D257標準規定的60秒。
B298/B2987A使用內置運算功能對測量數據進行計算， (根據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。
計時器觸發和趨勢圖特性可使您十分靈活地表征新興的材料和器件。