方块电阻及测量原理
方块电阻
方块电阻又称膜电阻，是用于间接表征薄膜膜层、玻璃镀膜膜层等样品上的真空镀膜的热红外性能的测量值，该数值大小可直接换算为热红外辐射率。
方块电阻的大小与样品尺寸无关，其单位为Siements/sq，后增加欧姆/sq表征方式，该单位直接翻译为方块电阻或者面电阻，用于膜层测量又称为膜层电阻。
Sheet resistance [1]蒸发铝膜、导电漆膜、印制电路板铜箔膜等薄膜状导电材料，衡量它们厚度的最好方法就是测试它们的方阻。
什么是方阻呢？方阻就是方块电阻，指一个正方形的薄膜导电材料边到边“之”间的电阻，如图一所示，即B边到C边的电阻值。
方块电阻又称膜电阻，是用于间接表征薄膜膜层、玻璃镀膜膜层等样品上的真空镀膜的热红外性能的测量值，该数值大小可直接换算为热红外辐射率。
方块电阻的大小与样品尺寸无关，其单位为Siements/sq，后增加欧姆/sq表征方式，该单位直接翻译为方块电阻或者面电阻，用于膜层测量又称为膜层电阻。
特性方块电阻有一个特性，即任意大小的正方形测量值都是一样的，不管边长是1米还是0.1米，它们的方阻都是一样，这样方阻仅与导电膜的厚度等因素有关，表征膜层致密性，同时表征对热红外光谱的透过能力，方块电阻测量数值愈大，则隔离热红外性能越差，方块电阻测量数值愈小则隔离热红外性能越好，对于建筑行业来讲低辐射玻璃的热红外性能测量的快速测量就必须选用方块电阻测量仪，测量值愈小则建筑材料就愈节能，在建筑材料行业具有很大的作用。
测定计算方法方块电阻：Rs=ρ/t(其中ρ为块材的电阻率,t为块材厚度）或者写成电导率的表达式：Rs = 1/(σt)这样在计算块材电阻的时候，我们就可以利用方块电阻乘以长宽比例得到，计算过程与维度无关：R=Rs*L/W(L为块材长度，W为块材宽度）测试方法方块电阻如何测试呢，可不可以用万用表电阻档直接测试图一所示的材料呢？不可以的，因万用表的表笔只能测试点到点之间的电阻，而这个点到点之间的电阻不表示任何意义。
四探针方块电阻原理
四探针方块电阻原理
四探针方块电阻原理是一种测量材料电阻率的方法。
使用四个导电探针将电流引入样品，同时测量样品上的电压，然后根据欧姆定律计算样品的电阻率。
在四探针方块电阻原理中，导电探针的位置和间距都是固定的，这样可以确保测量结果的准确性。
此外，该方法可以在不破坏样品的情况下进行测量，因此被广泛应用于材料研究和工业生产中。
四探针方块电阻原理可以有效地测量各种材料的电阻率，包括导体、半导体和绝缘体。
对于导体，通常会使用低电流强度进行测量以防止过热和损坏样品。
对于半导体和绝缘体，需要使用更高的电流强度才能获得准确的测量结果。
总之，四探针方块电阻原理是一种简单而有效的测量材料电阻率的方法，可以广泛应用于材料研究和工业生产中。
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方块电阻
方块电阻摘要：本篇是丫丫自“半导体基础知识”篇之后，再次回归基础知识的学习记录。
蒸发铝膜、导电漆膜、印制电路板铝箔膜等薄膜状导电材料，衡量它们厚度的最好方法就是测试它们的方阻。
本篇学习记录主要涉及方阻的概念、意义、测量方法等。
一、基本概念方阻就是方块电阻，又称面电阻，指一个正方形的薄膜导电材料边到边“之”间的电阻，如图一所示，即B边到C边的电阻值。
方块电阻有一个特性，即任意大小的正方形边到边的电阻都是一样的，不管边长是1米还是0.1米，它们的方阻都是一样，这样方阻仅与导电膜的厚度等因素有关。
方块电阻的计算公式：Rs=ρ/t (其中ρ为块材的电阻率,t为块材厚度）二、利用方阻监控扩散方块电阻是一个二级概念，真正的核心是扩散深度。
一般扩散深度会影响电性能参数，因为扩散深度无法测量，所以只能通过测电阻来大概反映扩散深度和扩散浓度。
他是一个深度和浓度，以及体材料多重作用的结果，至于其和电性能参数各值之间的线性关系，目前没有什么特定方程式，都是通过经验来控制在一定的方位，做到30-50的都有。
方阻一般只是在扩散后进行监控，监控方阻就是为了监控扩散的稳定性。
测试方阻跟最后的烧结工序的影响也是很重要的，因为结的深度也会影响你最后烧结的深度，否则有可能出现Rs的异常。
所以方阻也是烧结条件的重要指标。
一般结深则电阻小，掺杂浓度高。
电阻小了，掺杂量就高了，表面死层就会多，这样会牺牲很多电流；电阻大了，电流的收集就会比较困难；方阻要做高，是需要其他相关条件保障的，假如其他条件不满足，效率反而会降低。
一般扩散温度越高，时间越长，流量越大，方阻就越小，结就越深。
除了扩散之外，生产中的其它工序对方阻也会产生影响。
一般如果是稳定生产，方阻也是稳定的。
后道生产中，假如出现大量问题片，看症状跟方阻有可能相关的，就可以去反查工序中是否出现了问题，即使电池也是可以测试的。
但是这个只能相对参考，一般公司都会规定方阻多少到多少之间的片子可以进入流程，另外的就要返工，但是因为是抽检，谁又能保障进入流程的都是好的呢，甚至员工有可能会偷懒，好的片子坏的片子都流入流程。
四探针实验原理
四探针法测方块电阻的原理四探针法是一种简便的测量电阻率的方法。
对于一般的线性材料，我们常常用电阻来表征某一段传输电流的能力，其满足以下关系式：sl R ⋅=ρ(式3-1) 其中ρ、l 和s 分别表示材料本身的电阻率、长度和横截面积。
对于某种材料ρ满足关系式：1)(-+=h h n e q n q n μμρ(式3-2)n e 、n h 、u n 、u h 和q 分别为电子浓度、空穴浓度、电子迁移率、空穴迁移率和基本电荷量。
对于具有一定导电性能的薄膜材料，其沿着平面方向的电荷传输性能一般用方块电阻来表示，对于边长为l 、厚度为x j 方形薄膜，其方块电阻可表示为： R jj x lx l s l ρρρ===(式3-3) 即方块电阻与电阻率ρ成正比，与膜层厚度j x 成反比，而与正方形边长l 无关。
方块电阻一般采用双电测电四探针来测量，测量装置如图3-4所示。
四根由钨丝制成的探针等间距地排成直线，彼此相距为s (一般为几个mm )。
测量时将针尖压在薄膜样品的表面上，外面两根探针通电流I (一般选取0.5~2mA )，里面的两探针用来测量电压V ，通常利用电位差计测量。
图3-4 双电测电四探针测量薄膜方块电阻结构简图当被测样品的长度和宽度远远大于探针间距，薄膜方块电阻具体表达式为： R □IV c =(式3-4) 即薄膜的方块电阻和外侧探针通电流后在内探针处产生的电位差大小有关。
如果样品的线度相对探针间距大不多时，上式中的系数c 必须加以适当的修正，修正值与被测样品的形状和大小有关。
实验原理：在半导体器件的研制和生产过程中常常要对半导体单晶材料的原始电阻率和经过扩散、外延等工艺处理后的薄层电阻进行测量。
测量电阻率的方法很多，有两探针法，四探针法，单探针扩展电阻法，范德堡法等，我们这里介绍的是四探针法。
因为这种方法简便可行，适于批量生产，所以目前得到了广泛应用。
所谓四探针法，就是用针间距约1毫米的四根金属探针同时压在被测样品的平整表面上如图1a 所示。
方块电阻定义
方块电阻定义
什么是方块电阻
方块电阻又称膜电阻，是用于间接表征薄膜膜层、玻璃镀膜膜层等样品上的真空镀膜的热红外性能的测量值，该数值大小可直接换算为热红外辐射率。
方块电阻的大小与样品尺寸无关，其单位为Siements/sq，后增加欧姆/sq表征方式，该单位直接翻译为方块电阻或者面电阻，用于膜层测量又称为膜层电阻。
蒸发铝膜、导电漆膜、印制电路板铜箔膜等薄膜状导电材料，衡量它们厚度的最好方法就是测试它们的方阻。
方块电阻有什么特性
方块电阻有一个很明显的特性，即任意大小的正方形测量值都是一样的，不管边长是1米还是0.1米，它们的方阻都是一样，这样方阻仅与导电膜的厚度等因素有关，表征膜层致密性，同时表征对热红外光谱的透过能力，方块电阻测量数值愈大，则隔离热红外性能越差，方块电阻测量数值愈小则隔离热红外性能越好，对于建筑行业来讲低辐射玻璃的热红外性能测量的快速测量就必须选用方块电阻测量仪，测量值愈小则建筑材料就愈节能，在建筑材料行业具有很大的作用。
方块电阻也被叫做称膜电阻，在电视机中就会用到这种
电阻。
方块电阻的名词解释
方块电阻的名词解释方块电阻是指一种电子元件，用于控制和限制电流的流动。
它是由一个陶瓷或金属材料制成的，具有矩形外观，并带有不同数量的引线。
这种电子元件常用于各种电子设备和电路中，以帮助稳定和调节电流。
方块电阻由于在电路中的重要作用，因此非常常见。
在电子设备中的电流流动中，方块电阻的作用类似于管道中的水阀。
当电流通过方块电阻时，它会抵抗电流的流动，并将其限制在一个特定的范围内。
这种限制电流的特性使得方块电阻成为电路中重要的控制元件之一。
方块电阻的工作原理是利用它的电阻值来限制电流的流动。
通常，方块电阻的电阻值由金属材料的电阻率和几何尺寸决定。
它的电阻值通常以欧姆（Ω）为单位进行表示，较大的电阻值表示阻碍电流流动的能力更强。
方块电阻的外观通常呈现矩形形状，尺寸较小且均匀，方便在电路中进行安装和连接。
它的边缘和底部通常有金属引线，用于将方块电阻连接到电路中的其他元件。
这些引线在安装时需要注意正确连接，以确保方块电阻在电路中的正确功能。
方块电阻的具体用途多种多样。
最常见的用途之一是作为电路中的限流电阻。
通过将方块电阻连接到电路中，可以限制电流的大小，避免过大或过小的电流对设备和元件造成损坏。
方块电阻还可以用于温度传感器、电源滤波器和电压分压器等应用中。
在电路设计和选择方块电阻时，需要考虑一些关键因素。
首先是电阻值。
根据特定的应用需求，需要选择适当的电阻值，以保证电流的限制和控制。
其次是功率承载能力。
方块电阻在工作过程中会产生一定的热量，因此需要确保它能够承受所需的功率。
最后是温度系数。
方块电阻的电阻值可能会因温度而发生变化，因此需要了解和控制其温度系数，以确保其在不同温度下的准确性和稳定性。
总之，方块电阻是一种常见的电子元件，用于限制和控制电流的流动。
它具有矩形外观，由陶瓷或金属材料制成，常用于电子设备和电路中。
方块电阻的工作原理是利用其电阻值来限制电流的流动，并通过连接到电路中的其他元件来实现电流的稳定和调节。
四探针法计算方块电阻
四探针方阻测试仪方块电阻是表征薄膜导电性能的物理量，通常采用四探针探测仪来测定，该方法原理简单，数据处理方便，测量时是非破坏性的，因此被广泛使用。
图2.3 是电流平行经过ITO 膜层的情形，其中：d 为膜厚，I 为电流，L1 为在电流方向的膜层长度，L2 为在垂直于电流方上的膜层长度。
图2.3 方块电阻示意图Fig. 2.3 Diagram of block resistance当电流流过如图所示的方形导电膜层时，该层的电阻为(2. 9)式中，ρ为导电膜的电阻率，对于给定的膜层，ρ和d 可以看成是定值。
L1=L2时，即为正方形的膜层，其电阻值均为定值ρ/d。
这就是方块电阻的定义，即(2. 10)式中，R□的单位为：欧姆/□(Ω/□) ；ρ的单位为欧姆(Ω)；d 的单位为米(m)。
由此可以看出方块电阻的特点：对于给定膜层，其阻值不随所采用正方形的大小变化，仅与薄膜材料的厚度有关。
四探针测试法如图2.4 所示，在半径无穷大的均匀试样上有四根等间距为S 的探针排列成一直线。
由恒流源向外面两根探针1、4 通入小电流I，测量中间两根探针2、3 间的电位差U，则由U、I、S 的值求得样品的电阻率ρ。
图2.4 四探针测试法示意图Fig. 2.4 Schematic diagram of four-probe method当电流I 由探针1 流入样品时，若将探针与接触出看成点电源，则等势面是以点电源为中心的一系列半球面，在距离探针r 处的电流密度为：(2. 11)由微分欧姆定律J=E /ρ可得出距探针r 处的电场强度为(2. 12)由于E=－dU/dr，而且，r→∞时，U→0。
则在距离探针r 处的电位U 为：(2. 13)同理当电流由探针4 流出样品时，在r 处的电位为：(2. 14)用直线四探针法测量电阻率时，电流I 从探针1 流入，探针4 流出，根据电位叠加原理，探针2，3 处的电位可分别写成：(2. 15)因此探针2，3 之间的电位差：(2. 16)即：(2. 17)是直线四探法测量电阻率的基本公式，它要求试样为无穷大，且半导体各边界与探针的距离大于探针的间距。
方块电阻测试仪
方块电阻测试仪简介方块电阻测试仪是一种用于测试电路中元器件电阻值的仪器。
它可以通过测量电路中特定位置的电压、电流，计算出元器件的电阻值，并显示在仪器的显示屏上。
原理方块电阻测试仪的原理是基于欧姆定律的。
欧姆定律指出，电阻为常数，电流与电压成正比，即电流和电压之比等于电阻。
因此，我们可以通过测量电路中特定位置的电压、电流，计算出元器件的电阻值。
具体地说，在测试元器件电阻时，我们将元器件与方块电阻测试仪的测试引脚连接起来。
通过调整方块电阻测试仪的工作模式，让它在测试电阻时，将元器件作为电路的一部分，通过电流计、电压计等传感器，测量电路中的电流和电压值。
通过欧姆定律，我们就可以计算出元器件的电阻值，并将其显示在方块电阻测试仪的屏幕上。
特点方块电阻测试仪具有以下几个特点：1.精度高。
方块电阻测试仪采用高精度的传感器来测量电流和电压值，因此测试出的电阻值比较准确。
2.显示直观。
方块电阻测试仪通过直观的数字显示，将测试出的电阻值直接呈现在屏幕上，方便用户观察。
3.操作简便。
方块电阻测试仪的操作界面简单明了，用户只需要按照提示操作即可完成测试。
4.适用范围广。
方块电阻测试仪可以测试多种元器件的电阻值，包括电阻、电容、电感等。
使用方法使用方块电阻测试仪进行电阻测试，需要注意以下几点：1.连接测试引脚。
将方块电阻测试仪的测试引脚连接到元器件的两端，确保测试引脚与元器件接触良好。
2.调整工作模式。
将方块电阻测试仪的工作模式调整为电阻测试模式，并设置相关参数（如电流值、电压值）。
3.测量电阻值。
根据提示，进行测量操作，并读取测试结果。
需要注意的是，在进行测试时，应注意避免以下情况：1.测量时发生短路。
在测试元器件电阻时，应避免测试引脚发生短路，否则会影响测试结果。
2.测量时电路断开。
在测试元器件电阻时，应确保电路是完整的，否则也会影响测试结果。
结论方块电阻测试仪是一种实用的测试仪器，可以用于测试电路中的元器件电阻值。
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数据测量
Y Rs测量目的 从工艺上确认设备的表现是否正常，防止 异常情况的发生； 监控设备工艺能力（Beam U%)的稳定性 和重复性。 Ion Bea m Glass Scan Direction
V RS C I
硅片放三片在玻璃基板的对角线上。 Wafer Rs 测量23个点位，具体分布如右图。
Rs及其测量原理
outline
1.浓度均匀对器件的影响
2.Rs及其测量方法 3.数据测量及处理
影响阈值电压
G
D n+ p substrate B
VT
VGS
S
-
+
n+
n channel
depletionregion
4k TSiNA ln( NA / nI ) K BT NB ln( ) Cox q ni
profiler上下扫描收集 Beam Data,分析计算出 Beam Uniformity,以调节 Corrector Magnet，达到要求。 注入时，基板在扫描运动着，使全玻璃得到均匀注入。
profiler与扫描基板都依靠马达带动上下运动，运动 的稳定性会影响其测量值。 所以需对机台的均匀性即profiler与基板运动的稳定 性进行监控。
1.监视Ion Beam方向（图中Y方向）电流密度均一性。 2.监视基板扫描方向（图中X方向）Process 稳定性。
outline
1.掺杂浓度对器件的影响
2.Rs及其测量方法 3.数据测量及处理
Rs定义
Rs定义——一个正方形的薄膜导电材料“边”到“边”之间的电阻。 1.注入层的载流子浓度均匀即电阻率处处相同
X
数据处理
标准偏差：用以衡量数据值偏离算术平均值的分散程度。用标准偏差表示注入层的 均匀性。薄层电阻的标准偏差为
( Rsi Rs)
i 1
M
2
M 1
1 Rs 其中 M
Rsi
i 1
M
一般用相对标准偏差u来表示注入层的均匀性：
u
100 %
Rs
为了表示晶片薄层电阻的变化，可以画出薄层电 阻的等电阻线，清晰直观。 粗线表示平均薄层电阻的轨迹，细线表示 偏差的电阻等值线。
0 d
为什么可以用Rs来表示注入层的均匀性
Rs测量方法
1.伏安测量法（二探针法）
V R R接 R测 I R接》R测
2.四探针法
I
V V测 R R测 I I
电压表的内电阻很大，可以把电压测量电路视为断路，即通过电流为零,即在接触 电阻上不产生压降V。
Rs与R测的关系
R测
V I
阈值电压的标准偏差过大即过于分散，则其功能失效，成品率降低
影响漏电流
np和pn分别是p侧电子和空穴的平衡浓度。Is越 小，二极管的反向截止特性越好；
反相器原理
影响LDD
轻掺杂浓度和轻掺杂区域长度是LDD设计的关键。
不同轻浓度，漏电流与掺杂长度的关系
Beam均匀性
阈值电压 反相器漏电流 抑制载流子效应
R测
L L Rs A Ld d
V f (, d ) I
f ( R测, d ) f ( , d )
V I
d
V Rs f ( R测, d ) f ( , d ) d I
直线型四探针
间距相等条件
S S S
1.当d》S时，以点电流为中心的半球面
d《S，等位面近似为高为d圆柱面
电流密度 电阻率
j
I 2r 2
V 2S I
j
I 2r d
(
ln 2
) d R测 (
ln 2
)d
V V 4.5324 d I I
在直线等距中Rs与R测的关系：
RS
d
4.5324 d R测 V 4.5324 R测 4.5324 d I
R L L A Ld d
2.注入层的载流子浓度不均匀即电阻率不相同 电导率 enu
其中e载流子电荷量，n载流子浓度，u载流子迁移率 x
h
1 ( x h) n ( x h )e u ( x h)
R(h)
1 eu n( x h)dx
1%
数据处理
U
RAve
100 %
U%<3%即是正常。
反型注入
硅片测量进行的反型注入
注入相同离子 注入相反离子
I
I
1.注入离子形成的导电层和衬底的并 联阻值 2.衬底的厚度比导电层厚度大得多，
1.在离子注入形成的导电层和衬底之间会形 成PN结，可以视为导电层与衬底隔开。 2.测量时探针不能扎穿PN结，以只测导电 层Rs
outline
1.掺杂浓度对器件的影响