高電阻測量已成為多種測試應用的組成部分，包括印制電路板的表面電阻（SIR）測試、絕緣材料和半導體的電阻率測量、高歐姆值電阻的電壓系數測試等。確保高電阻測量（即高于1GW [109歐姆]的電阻）的精度需要使用大量的特殊技術和儀器，例如靜電計、源測量單元（SMU）、或皮可安培計/電壓源組合。靜電計可以采用恒壓或恒流的方法測量高電阻。

恒壓方法
采用恒壓方法測量高電阻需要能夠精確測量低電流的儀器和一個恒定的直流電壓源。某些靜電計和皮可安培計提供了內置電壓源，能夠自動計算出未知的電阻。圖1給出了利用靜電計或皮可安培計（圖1a）或SMU的恒壓方法的兩種基本配置。在這種方法中，一個恒壓源（V）與未知電阻（R）和安培計（IM）串聯在一起。由于安培計上的電壓降可以忽略不計，因此所有的測試電壓都加載在R上。產生的電流由安培計測出，電阻可以根據歐姆定律計算出來（R= V/I）。

圖1.

由于高電阻通常是所施加電壓的函數，恒壓方法一般比恒流方法更有優(yōu)勢。通過在選定電壓下進行測試，可以得到電阻與電壓的關系曲線，從而測出電阻的電壓系數。例如，6517B型靜電計（如圖2所示）可以利用恒壓方法測量電阻，由于電壓系數的作用它適合于測量極高的電阻。

圖2.

恒壓方法需要精確測量低電流，因此必須考慮與低電流測量相關的誤差源。其中包括不正確屏蔽的安培計連接，與安培計電壓負荷和輸入偏移電流相關的問題，以及待測器件的源電阻。外部誤差源包括線纜和夾具的漏電流，以及由于靜電或壓電效應產生的電流。

恒流方法
下列幾種儀器配置適合于采用恒流方法測量高電阻：

• 靜電計的伏特計功能和一個電流源
• 只用靜電計的歐姆計功能
• 具有高輸入阻抗和低電流源量程的SMU伏特計

利用靜電計的伏特計和一個單獨的電流源或SMU可以進行四線測量并控制流過樣本的電流大小。根據測量的范圍，靜電計的歐姆計可以在特定的測試電流下實現雙線電阻測量。

利用靜電計伏特計和外部電流源
圖3闡釋了恒流方法的原理。來自電源（I）的電流流過未知電阻（R），利用靜電計的伏特計（V）測量電壓降。這種方法能夠測量最高約1012Ω的電阻。盡管基本測量過程相對直接，某些預防措施還是必要的。伏特計的輸入阻抗必須足夠高，以確保負載誤差在可接受的范圍內。一般而言，靜電計伏特計的輸入阻抗大于1014Ω。此外，電流源的輸出電阻必須大大高于未知電阻，以實現線性的測量。樣本器件上的電壓取決于樣本的電阻，這使得我們在使用恒流方法時很難分析電壓系數。如果關心電壓系數，就應該采用恒壓測量方法。

圖3.

在電源I中采用SMU，測量V模式
利用雙線（本地檢測）或四線（遠程檢測）方法，可以利用SMU在源電流/測量電壓模式下測量高電阻，這種方法能夠消除接觸電阻和引線電阻，這對于半導體材料的電阻系數測量尤其重要。這些測量操作通常需要測量很低的電壓。金屬探針到半導體的接觸電阻可能非常高。當使用遠程檢測方法時，HI Force和HI Sense之間以及LO Force和 LO Sense之間的電壓差通常限定為一個特定的值。超出這一電壓差會產生沒有規(guī)律的測量結果。

除了電壓降限制，某些SMU在HI Force和HI Sense端之間以及LO Force和 LO Sense端之間還設置了自動遠程檢測電阻。這可能會進一步限制單臺SMU遠程模式對于某些應用的使用，例如半導體電阻系數。如果在這種情況下，SMU可以在雙線模式下用作電流源，用一個單獨的伏特表測量電壓差。

利用靜電計的歐姆計功能
當使用靜電計的歐姆計功能時，各種因素（包括靜電干擾和漏電流）都會影響測量的精度。圖4給出了利用靜電計的歐姆計測量電阻（R）的情形。歐姆計利用一個內部電流源和靜電計的伏特計進行測量。它能夠自動計算并顯示測得的電阻值。注意，這是雙線電阻測量方法，相比之下另外一種方法是利用靜電計的伏特計和外部電流源進行四線測量。這是因為電流源在內部連接了伏特計，無法單獨使用。


圖4.

保護與屏蔽
測量高電阻時最常見的兩種誤差源是靜電干擾和漏電流。屏蔽高阻抗電路有助于盡可能減少靜電干擾的影響（屏蔽層連接電路的LO端）；采取電路保護措施能夠有效減少漏電流，提高測量精度。保護電路是電路中的低阻抗點，它與受保護的高阻抗引線具有幾乎相同的電位。

電路穩(wěn)定時間
在測量高電阻時，測量電路的穩(wěn)定時間尤為重要。穩(wěn)定時間受分路電容的影響，分路電容來自于連接線、測試夾具和DUT。分路電容（CSHUNT）必須經過充電才能測試電流（IS）對應的測試電壓。對該電容充電充電所需的時間取決于RC時間常數（一個時間常數τ = RSCSHUNT），因此通常需要等待4或5個時間常數才能獲得精確的讀數。當測量極高的電阻值時，該穩(wěn)定時間可能擴大到幾分鐘的量級，具體取決于測試系統(tǒng)中分路電容的大小。在測量高電阻值時要想盡可能縮短穩(wěn)定時間，要保持連接線纜盡可能得短，從而保持系統(tǒng)的分路電容處于絕對極小值。采用電路保護措施也有利于大大縮短穩(wěn)定時間。

高歐姆值電阻的特征分析
阻值大于1GΩ （109歐姆）的電阻通常稱之為高兆歐電阻，可分成碳膜電阻和金屬氧化物電阻兩類。在測量這類電阻時必須考慮幾個因素，包括電壓和溫度系數，機械震動的影響和污染情況。相比傳統(tǒng)的電阻，碳膜高兆歐電阻的噪聲較大，不穩(wěn)定，具有較高的溫度系數，表現出較高的電壓系數，且非常脆弱。新型金屬氧化物類電阻的電壓系數低得多（小于5ppm/V），溫度和時間穩(wěn)定性也得到了改善。

高兆歐電阻在處理過程中需要極其小心，因為機械震動會趕走導電材料的微粒，從而大大影響其電阻值。另外一點非常重要的是要避免接觸電阻元件或者它外面包裹的玻璃外殼；這樣做會因為產生新的電流回路或者電化學小電流而改變其電阻值。此外，這些電阻經過外殼的包裹能夠防止其表面形成水膜。因此，如果由于處理不慎使電阻器表面形成了水膜或者淀積了空氣污染，應該采用尖端帶泡沫材料的棉簽和甲醇進行清潔。經過清潔之后，要把電阻器置于低濕度的環(huán)境中干燥幾個小時，使所有的靜電電荷消散掉。