四探针方法测电阻率(原理公式推导)课件.ppt

1、探针方法测量半导体的电阻率探针方法测量半导体的电阻率Page 2一一实验目的实验目的二二实验原理实验原理三三仪器结构特征仪器结构特征四四操作步骤操作步骤五五注意事项注意事项六六技术参数技术参数Page 3 实验目的实验目的1 1、理解四探针方法测量半导体电阻率的原理；、理解四探针方法测量半导体电阻率的原理；2 2、学会用四探针方法测量半导体电阻率。、学会用四探针方法测量半导体电阻率。Page 4 实验原理实验原理1、体电阻率测量：、体电阻率测量：四探针法测量原理图 当、四根金属探针排成一直线时，并以一定压力压在半导体材料上，在、两处探针间通过电流I，则、探针间产生电位差V。 Page 5CIV

2、材料电阻率式中：S1、S2、S3分别为探针与，与，与之间距，用cm为单位时的值，S1=S2=S3=1mm. 每个探头都有自己的系数。C6.280.05单位cm。 若电流取若电流取I = C 时，则时，则V，可由数字电压表直，可由数字电压表直接读出。接读出。121223201111CSSSSSS探针系数(1)(2)Page 6n 温度影响电阻率温度影响电阻率,从面影响电阻从面影响电阻n p=p1(1+aT),p1为该材料为该材料0摄氏度时的电阻率摄氏度时的电阻率, a叫电阻叫电阻的温度系数的温度系数,不同材料的电阻温度系数不同不同材料的电阻温度系数不同n 由由R=p*l/s p=p1(1+aT)

3、,得得n R=R1(1+aT) 同理同理,R1为为0摄氏度时的电阻摄氏度时的电阻n R=p*l/s(p电阻率查表求；电阻率查表求；l电阻长度；电阻长度；s与电流与电流垂直的电阻截面面垂直的电阻截面面Page 7（a）块状和棒状样品体电阻率测量：）块状和棒状样品体电阻率测量： 由于块状和棒状样品外形尺寸与探针间距比较，合乎于半由于块状和棒状样品外形尺寸与探针间距比较，合乎于半无限大的边界条件，电阻率值可以直接由（）、（）无限大的边界条件，电阻率值可以直接由（）、（）式求出。式求出。Page 8（b）簿片电阻率测量）簿片电阻率测量 簿片样品因为其厚度与探针间距比较，不能忽略，簿片样品因为其厚度与探

4、针间距比较，不能忽略，测量时要提供样品的厚度形状和测量位置的修正系测量时要提供样品的厚度形状和测量位置的修正系数。数。Page 90()()()()VWdWdCGDGDISSSS)(2ln210SdDSW电阻率值可由下面公式得出：式中：0 为块状体电阻率测量值；W：为样品厚度（um）；S：探针间距（mm）；G(W/S)为样品厚度修正函数，可由附录IA或附录1B查得；D(d/S)为样品形状和测量位置的修正函数，可由附录查得。W/S0.5时，实用。当圆形硅片的厚度满足W/S0.5时，电阻率为： Page 102、带扩散层的方块电阻测量、带扩散层的方块电阻测量 当半导体薄层尺寸满足于半无限大时：当半

5、导体薄层尺寸满足于半无限大时： 若取若取I 4.53 I0，I0为该电流量程满度值，则为该电流量程满度值，则R0值可由数值可由数字表中直接读出的数乘上字表中直接读出的数乘上10后得到。后得到。IVIVR53. 4)(2ln0Page 11 仪器结构特征仪器结构特征n 数字式四探针测试仪主体部分由高灵敏度直流数字电数字式四探针测试仪主体部分由高灵敏度直流数字电压表、恒流源、电源、压表、恒流源、电源、DC-DC电源变换器组成。为了电源变换器组成。为了扩大仪器功能及方便使用，还设立了单位、小数点自扩大仪器功能及方便使用，还设立了单位、小数点自动显示电路、电流调节、自校电路和调零电路。动显示电路、电流

6、调节、自校电路和调零电路。Page 12n 仪器电源经过仪器电源经过DC-DC变换器，由恒流源电路产生一个高稳定变换器，由恒流源电路产生一个高稳定恒定直流电流，其量程为恒定直流电流，其量程为10A、100A、1mA、10mA、100mA，数值连续可调，输送到、探针上，在样品上，数值连续可调，输送到、探针上，在样品上产生一个电位差，此直流电压信号由、探针输送到电气产生一个电位差，此直流电压信号由、探针输送到电气箱内。具有高灵敏度、高输入阻抗的直流放大器中将直流信箱内。具有高灵敏度、高输入阻抗的直流放大器中将直流信号放大（放大量程有号放大（放大量程有0.2mV、2mV、20mV 、200mV、2V

7、），再经过双积分），再经过双积分A/D变换将模拟量变换为数字量，经由变换将模拟量变换为数字量，经由计数器、单位、小数点自动转换电路显示出测量结果。计数器、单位、小数点自动转换电路显示出测量结果。Page 13n 为克服测试时探针与样品接触时产生的接触电势和整流效应为克服测试时探针与样品接触时产生的接触电势和整流效应的影响。本仪器设立有的影响。本仪器设立有“粗调粗调”、“细调细调”调零电路能产生调零电路能产生一个恒定的电势来补偿附加电势的影响。一个恒定的电势来补偿附加电势的影响。n 仪器自较电路中备有精度为仪器自较电路中备有精度为0.02、阻值为、阻值为19.96 的标准电的标准电阻阻,作为自校

8、电路的基础，通过自校电路可以方便地对数字作为自校电路的基础，通过自校电路可以方便地对数字电压表精度和恒流源进行校准。电压表精度和恒流源进行校准。Page 14 在半导体材料断面测量时：直径范围在半导体材料断面测量时：直径范围15100mm，其高度，其高度为为400mm，如果要对大于，如果要对大于400mm长单晶的断面测量，可以长单晶的断面测量，可以将座体的将座体的V型槽有机玻璃板取下，座体设有一个腰形孔，用型槽有机玻璃板取下，座体设有一个腰形孔，用户可以根据需要增设支衬垫块使晶体长度向台下延伸，以满户可以根据需要增设支衬垫块使晶体长度向台下延伸，以满足测量长单晶需求，测试架有专门的屏蔽导线插头

9、与电气箱足测量长单晶需求，测试架有专门的屏蔽导线插头与电气箱联结。联结。Page 15 实验步骤实验步骤1、测试准备：电源开关置于断开位置，工作选择置于、测试准备：电源开关置于断开位置，工作选择置于“短短路路”，电流开关处于弹出切断位置。将测试样品放在样品，电流开关处于弹出切断位置。将测试样品放在样品架上，调节高度手轮，使探针能与其表面保持良好接触。架上，调节高度手轮，使探针能与其表面保持良好接触。2、打开电源并预热小时。、打开电源并预热小时。Page 163、极性开关置于上方，工作状态选择开关置于、极性开关置于上方，工作状态选择开关置于“短路短路”，拨，拨动电流和电压量程开关，置于样品测量所

10、合适的电流、电压动电流和电压量程开关，置于样品测量所合适的电流、电压量程范围。调节电压表的粗调细调调零，使显示为零。量程范围。调节电压表的粗调细调调零，使显示为零。4、将工作选择档置于、将工作选择档置于“自校自校”，使电流显示出，使电流显示出“”，各量程数值误差为字。各量程数值误差为字。5、将工作选择档置于、将工作选择档置于“调节调节”，电流调节在，电流调节在I6.28=C，C为为探针几何修正系数。探针几何修正系数。Page 171.显示板 2、单位显示灯 3、电流量程开关 4、工作选择开关（短路、测量、调节、自校选择）5、电压量程开关6、输入插座7、调零细调8、调零粗调9、电流调节10、电源

11、开关11、电流选择开关 12、极性开关Page 18n 测量电阻时，可以按表所示的电压电流量程进行选择。测量电阻时，可以按表所示的电压电流量程进行选择。电流 / 电阻 / 电压0.2mV2mV20mV200mV2V100mA2m20m200m22010mA20m200m2202001mA200m2202002k100A2202002k20k10A202002k20k200kPage 196、工作状态选择开关置于、工作状态选择开关置于“测量测量”，按下电流开关输出恒定电，按下电流开关输出恒定电流，即可由数字显示板和单位显示灯直接读出测量值。再将流，即可由数字显示板和单位显示灯直接读出测量值。再将

12、极性开关拨至下方（负极性），按下电流开，读出测量值，极性开关拨至下方（负极性），按下电流开，读出测量值，将两次测量值取平均，即为样品在该处的电阻率值。关如果将两次测量值取平均，即为样品在该处的电阻率值。关如果“”极性发出闪烁信号，则测量数值已超过此电压量程，极性发出闪烁信号，则测量数值已超过此电压量程，应将电压量程开关拨到更高档，读数后退出电流开关，数字应将电压量程开关拨到更高档，读数后退出电流开关，数字显示恢复到零位。每次更换电压、电流量程均要重复显示恢复到零位。每次更换电压、电流量程均要重复3 5步步骤。骤。Page 20 注意事项注意事项1、电流量程开关与电压量程开关必须放在下表所列的任

13、一、电流量程开关与电压量程开关必须放在下表所列的任一组对应的量程组对应的量程电压量程2V200mV20mV2mV0.2mV电流量程100mA10mA1mA100A10APage 21 2、 电阻（电阻（V/I）测量，用四端测量夹换下回探针测试架，按下图）测量，用四端测量夹换下回探针测试架，按下图接好样品，选择合适的电压电流量程，电流值调到接好样品，选择合适的电压电流量程，电流值调到10.00数值，数值，读出数值为实际测量的电阻值。读出数值为实际测量的电阻值。Page 223、方块电阻测量，电流调节在、方块电阻测量，电流调节在4.53时，读出数值时，读出数值 10倍为实倍为实际的方块电阻值。际的

14、方块电阻值。4、薄片电阻率测量：当薄片厚度、薄片电阻率测量：当薄片厚度0.5mm时，按公式（时，按公式（3）进）进行；当薄片厚度行；当薄片厚度0.5mm时，按公式（时，按公式（4）进行。）进行。5、仪器在中断测量时应将工作选择开关置于仪器在中断测量时应将工作选择开关置于“短路短路”；电流；电流开关置于弹出断开位置。开关置于弹出断开位置。Page 23 技术参数技术参数测量范围测量范围 电阻率：电阻率：10-4103cm；方块电阻：；方块电阻：10-3104；电阻：；电阻：10-6105；四探针测试探头：探针间距：四探针测试探头：探针间距：mm；游移率：；游移率：1.0%；探针：碳化钨探针：碳化钨 0.5mm 压力：压力：02kg可调。可调。