双电测组合法测试半导体电阻率的研究
半导体电阻率的多种测量方法应用与注意事项
半导体电阻率的多种测量方法应用与注意事项半导体电阻率的多种测量方法应用与注意事项依据掺杂水平的不同，半导体材料可能有很高的电阻率。
有几种因素可能会使测量这些材料电阻率的工作复杂化，其中包括与材料实现良好接触的问题。
已经设计出专门的探头来测量半导体晶圆片和半导体棒的电阻率。
这些探头通常使用硬金属，如钨来制作，并将其磨成一个探针。
在这种情况下接触电阻非常高，所以应当使用四点同线（collinear）探针或者四线隔离探针。
其中两个探针提供恒定的电流，而另外两个探针测量一部分样品上的电压降。
利用被测电阻的几何尺寸因素，就可以计算出电阻率。
看起来这种测量可能是直截了当的，但还是有一些问题需要加以注意。
对探针和测量引线进行良好的屏蔽是非常重要的，其理由有三点： 1 电路涉及高阻抗，所以容易受到静电干扰。
2 半导体材料上的接触点能够产生二极管效应，从而对吸收的信号进行整流，并将其作为直流偏置显示出来。
3 材料通常对光敏感。
四探针技术四点同线探针电阻率测量技术用四个等距离的探针和未知电阻的材料接触。
此探针阵列放在材料的中央。
图4- 25 是这种技术的图示。
已知的电流流过两个外部的探针，而用两个内部的探针测量电压。
电阻率计算如下：其中：V = 测量出的电压（伏特）I = 所加的电流（安培）t = 晶圆片的厚度（厘米）k = 由探头与晶圆片直径之比和晶圆片厚度与探头分开距离之比决定的修正因数。
如图4-26 所示，更实际的电路还包括每个探针的接触电阻和分布电阻（r1 到r4）、电流源和电压表从其LO 端到大地的有限的电阻（RC 和RV）和电压表的输入电阻（RIN）。
依据材料的不同，接触电阻（r）可能会比被测电。
基础物理实验研究性实验报告_双电桥测低值电阻
基础物理实验研究性实验报告——双电桥测低值电阻学习QJ19型单双电桥的使用方法，理解了开尔文电桥的原理。
电阻是电路的基本元件质疑，电阻值的测量是基本的电学测量，不同大小的电阻阻值测量方法也有所不同。
常用电阻属于中电阻，其测量方法很多，多数也为大家所熟知。
而随着科学技术的发展，常常需要测量高电阻与超高阻（如一些高阻半导体、新型绝缘材料等），也还需要测量低电阻与超低阻（如金属材料的电阻、接触电阻、低温超导等），对这些特殊电阻的测量，需要合适的测量电路，消除电路中的导线电阻，漏电电阻，温度的影响，才能把误差降到最小，保证测量精度。
双电桥是在单电桥的基础上发展的，可以减少甚至消除附加电阻对测量结果的影响，一般用来测量10-6至10Ω之间的电阻。
目录一．实验目的 (2)二．实验原理 (2)（1）惠斯通电桥 (2)（2）开尔文双电桥 (3)三．实验仪器 (4)四．实验步骤 (4)五．数据处理 (5)六．讨论与感悟 (8)（一）感悟与收获 (8)（二）感想与建议 (9)七．附表：原始数据记录................................................................................错误!未定义书签。
图1一．实验目的1. 掌握平衡电桥的原理——零示法与电压比较法；2. 了解双电桥测低值电阻的原理及对单电桥的改进；3. 学习使用QJ19型单双电桥、电子检流计；4. 学习电桥测电阻不确定度计算，巩固数据处理的一元线性回归法。
二．实验原理（1）惠斯通电桥惠斯通电桥是惠斯通于1843年提出的电桥电路。
它由四个电阻和检流计组成，RN 为精密电阻，RX为待测电阻（电路图如图1）。
接通电路后，调节R1、R2和RN ，使检流计中电流为零，电桥达到平衡，此时有RX= R1∗RNR2。
惠斯通电桥（单电桥）测量的电阻，其数值一般在10 Ω～106Ω 之间，为中电阻。
双电桥测低电阻研究性报告——余浩12071186
二、实验原理
用惠斯通电桥测量电阻时， 其所测电阻值一般可以达到四位有效数字，最高 −6 阻值可测到10 欧姆， 最低阻值为 10 欧姆左右。 当被测电阻的阻值低于 10 欧姆 时称为低值电阻， 单臂电桥测量到的电阻的有效数字将减小，另外其测量误差也 显著增大起来， 究其原因是因为被测电阻接入测量线路中，连接用的导线本身具 有电阻称为接线电阻， 被测电阻与导线的接头处亦有附加电阻称为接触电阻。接 线电阻和接触电阻的阻值约为10−4 ~10−2 欧姆，接触电阻虽然可以用清洁接触点 等措施使之减小，但终究不可能完全清除。当被测电阻仅为 10−3 ~10−6 欧姆时， 其接线电阻及接触电阻值都已超过或大大超过被测电阻的阻值， 这样就会造成很 大误差，甚至完全无法得出测量结果。所以，用单臂电桥来测量低值电阻是不可 能精确的， 必须在测量线路上采取措施，避免接线电阻和接触电阻对低值电阻测 量的影响。 为了消除接线电阻和接触电阻的影响，先要弄清楚它们是怎样影响测 量结果的。
三式联立解得：
可见， 双电桥的平衡条件比单电桥的多一个修正项△。当保持一定的辅助条 件时，可以比较准确地测量低的电阻值。表面上看起来只要保证（R3/R1）=（R4/ R2） ， 即可有 Rx=R3RN/R1， 附加电阻的影响即可略去。 然而绝对意义上的 （R3/R1） -（R4/R2）=0 实际上做不到，但是修正项中，再加上跨线电阻足够小即������ ′ ≈0， 就可以在测量精度允许的范围内忽略△的影响。 通过这两点改进， 开尔文电桥将 RN 和 Rx 的接线电阻和接触电阻巧妙地转移 到了电源内部和阻值很大的桥臂电阻中， 又通过 （R3/R1） = （R4/R2） ， 和������ ′ ≈ 0的设 定，消除了附加电阻的影响，从而保证了测量低电阻时的准确度。 为保证双电桥的平衡条件，可以有两种设计方式： （1） 选定两组桥臂之比为 M=������1=������2,将 RN 做成可变的标准电阻，调节 RN 使电桥 平衡，则计算 Rx 的公式为 Rx=MRN。式中，RN 称为比较臂电阻，M 为电桥 倍率系数。 （2） 选定 RN 为某固定阻值的标准电阻并选定 R1=R2 为某一值，联调 R3 与 R4 使电桥平衡，则 Rx 的公式换算为： Rx= ������1 ������3或者 Rx= ������2 ������4 此时，R3 或 R4 为比较臂电阻， （RN/R1）或(RN/R2)为电桥倍率系数。本实 验中由实验室提供的 QJ19 型单双电桥采用的是（2）中所描述的方式。 电阻率是半导体材料的重要的电学参数之一， 它的测量是半导体材料常规参 数测量项目。 本实验的一个基本目的就是通过铜棒电阻的测量间接测得铜的电阻 率。 双电桥测低电阻研究性实验报告 5 / 18
张焱森 半导体电阻率测量实验
半导体电阻率测量实验201509064272 张焱森一、实验目的通过用四探针法测量半导体晶片的电阻率，了解半导体材料的基本电学特性与材料中载流子浓度和迁移率的关系，掌握一种测量半导体材料的电阻率并进一步分析其掺杂浓度的实验研究方法。
二、实验原理一、半导体电阻率及主要影响因素半导体是一种导电能力介于导体和绝缘体之间的材料，固体材料按导电能力的分类见表3.2-1。
完全不含杂质且无晶格缺陷的纯净半导体称为本征半导体，其导电能力主要由材料的本征激发决定，通常电阻率偏大且很难调控其电学性质，因此本征半导体材料用途范围很小。
表3.2-1 材料按导电能力的分类杂质与缺陷对半导体材料的性能有很大的影响，它们在很大程度上决定了半导体材料的电学性质，通过控制杂质的加入量即可控制半导体材料的导电性能。
以硅为例，对于理想的单晶硅材料来说，它的晶体结构呈金刚石结构，每一个硅原子与相邻的四个原子之间共用电子形成共价键。
对于这种理想结构的半导体材料，由于可以自由移动的电荷很少，因此导电性较弱。
图3.2-1 半导体材料硅的掺杂示意图 如果采用磷元素掺杂，一个磷原子取代硅原子在晶体中的位置，由于磷原子有5个价电子，形成1个多余的价电子和正电中心磷离子（见图3.2-1）。
多余的价电子很容易挣脱正电中心的束缚进入导带，成为导电电子在晶格中自由运动。
像磷这样的五价元素在硅中电离时，能够释放出导电电子并形成正电中心，称它们为施主杂质或N 型杂质。
对掺有施主杂质的半导体材料，导电主要靠导带电子进行，这种半导体称为N 型半导体。
如果采用三价元素硼进行掺杂，将形成负电中心硼离子和一个空位。
这个空位很容易从价带获得一个价电子成键，在价带中形成一个空穴。
这种能从价带得到电子的杂质原子称为受主杂质或P 型杂质。
对掺有受主杂质的半导体材料，导电主要靠空穴进行，这种半导体称为P 型半导体。
图3.2-2 300K 温度下硅半导体材料的电阻率与杂质浓度的关系曲线电阻率ρ的大小决定于半导体载流子浓度n 和载流子迁移率μ：1/n q ρμ=，其中q 为电子电荷，载流子浓度n 和载流子迁移率μ均与杂质浓度和温度有关，所以半导体电阻率随杂质浓度和温度而异。
双电测组合四探针法测试半导体电阻率测准条件
图4
( 5) 双电测组合四探针法是基于薄层电阻测试
计量技术 20041No 3
测量与设备
差为白噪声 ,且均值为 0 ,方差取 015 度 。进行了 50 次 Monte Carlo 仿真实验 。仿真结果如图 2 、 3 所示 。 图 2 显示的是传感器 a 的方位偏差的估计 。可 以看出 ,估计的方位偏差在假定的偏差值 ( 3 度 ) 附 近 ,大于 219 度 ,小于 313 度 。偏差估计的平均值为 3106 度 。基本和假定的偏差值一致 。 图 3 显示的是偏差配准后固定目标的回波方位 及各固定目标的回波方位与真实方位的均方根误 差 。从图中可以看出 , 经过偏差配准后的固定目标 的回波方位与真实目标方位基本一致 , 他们之间的 均方根误差都小于 0108 度 ,可以忽略不计 。 从以上仿真我们可以看出 , 经过对方位偏差的 配准后 ,我们基本上可以消除单部传感器相对固定 的方位偏差 ,利用同样方法我们可以对各传感器都 先进行类同的方位偏差配准 ,从而提高融合质量 。 一个值得注意的问题是系数 a1 的设定 ,因为其 中采样固定偏差的所用时间不好确定 。但是根据经 验我们可以知道 ,这个时间非常接近于采样时间 ,因 此系数 a1 的值相应的就应该非常接近于 1 。 四、 结论 传感器配准误差是影响目标跟踪和数据融合质 量的一个重要因素 。在已知固定目标方位的前提
W 对电压测试值带来的影响 , 换言之它只能用于 W ν S 的情况 , 下面各式是我们在式 ( 2 ) 、 式 ( 4) 和
, 小矩形片是为
考虑边界电场变化影响而采用的电流原无限镜像阵 列原理 ,用于双电测组合法是很成功的 。对于许多 a ×b 预设值 ( 其中最小者为 4 × 3、 5× 2mm) 及不同 S 等、 不等矩探针探头 , 用计算机对理论式运算 , 结 果是式 ( 7) 完全正确 ; 条件是探针在中心位置 。如果 实际上有偏离 ,若只在横向 ( 探针连线方向 ) 向左或 右偏离中心位置 ,则对测试结果无影响 ,因为两侧镜 像移动的作用相互抵消 ; 如在纵向 ( 垂直于探针连线 方向) 有偏离 , 其偏离值应当小于 1/ 4 d 为好 , 以保 证式 ( 7 ) 还能应用 , 如果是 a µ d 的长条形片 , 也可 以按图 4 所示的探针方位进行测量 。 无限镜像阵列原理与有限元计算法结论相同文 献 [ 3 ] ,至于文献 [ 4 ] 的作用所说两方法的 ‘不一致’ , 根本就不存在 , 因为没有充分的根据 。对小圆片也 不必做直径修正 。 ( 4) 双电测组合法也使用针尖排成一直线的四 探针探头 , 不用方形排列的探针探头 。探针间距 S1 、 S2 、 S 3 可以相等 , 也可以不相等 。在使用中有 时发生的针尖横向游移不产生影响 。如果四根针不 能精确地处在一条直线上或针尖有纵向游移 , 实践 证明 ,双位组合法抑制此种影响的能力比经典法强 很多 。例如用不符合标准的游移率较大的旧探针 头 ,采用双位组合法在低精度仪上对样品进行测量 , 其结果与用 Fell 精密探针头在高精度仪器上所得之 值一致性很好 ( 误差处在允许的范围之内) 。
基于8051单片机的双电测四探针薄膜电阻率测量系统
第一章 绪论错误！未定义书签。
1.1设计的目的5
1.2国内外研究进展5
3.4.2存储器的扩展与系统扩展技术错误！未定义书签。
3.5单片机应用系统开发与设计错误！未定义书签。
3.6本章小结错误！未定义书签。
第四章薄膜电阻率测量系统硬件设计错误！未定义书签。
4.1系统设计错误！未定义书签。
4.2应用需求分析错误！未定义书签。
4.3系统硬件结构设计错误！未定义书签。
4.3.1硬件选择错误！未定义书签。
1.2.1电阻率测量对薄膜材料研究的意义6
1.2.2电阻率测量技术8
1.3本章小结14
第二章四探针电阻率测量原理16
2.1四探针基本原理16
2.1.1体原理16
2.1.2薄层原理18
2.1.3测准条件19
2.2双电测组合法测量原理20
2.3本章小结22
第三章 单片机控制技术错误！未定义书签。
3.1单片机的结构错误！未定义书签。
关键词：四探针双电测组合法；范德堡修正因子；CD4052;薄膜电阻率
Abstract
Attention is mainly paid to the measurement of resistivity—an important property of thin film・Owing to apply traditional four-probe method on film sample resistivity measurement, complex corrections are required in order to acquire an accurate result and sample will easily be scratched during the measuring process when using manual four-probe equipment. Therefore, the measurement theory, software and hardware integration method by virtual instrumentation for thin film resistivity automatic system are of important value.
半导体材料电阻率与导电类型测试仪的研制
Ｋｅ ｗｏ ｄ ：ｄ ｕ ｌ ｌｃ ｒｃ ｌｍｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔｃ ｍｂ ｎ ｔｏ ｓ ｅ ｔｒ ｓｓａ ｃ ｒ ｓｓｉｉｙ；ｏ ｄ ｃｉｉｙ ｔ ｐ ； ＰＣＥ０ １ ｙ ｒ ｓ ｏ ｂ ｅｅｅ ｔｉａ ａ ｕ ｅ ｎ ｏ ｉ ａｉｎ；ｈ ｅ ｅ ｉｔｎ ｅ；ｅ ｉｔｖｔ ｃ ｎ ｕ ｔｖｔ ｙ ｅ Ｓ ６ Ａ
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一 一 一
Ｗ ａ ｇ Ｋｕ Ｙａ ｉ Ｈ ｕ ｎ ｉ ｉｎ Ｈ ｏ ｈ ｃ ｕ Ｌｉ Ｌｉ ｏ ｎ ｎ ｎＭ ｎ ａ ｇ Ｈｕ ｘｏ ｇ ｕ Ｚ ｉｈ ｎ Ｘｕ ｕ Ｔａ
Ａｂ ｔａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ａ ｅ ｔ —ｏ ｎ ｉｇ ｃ ｍｂ ｎ ｔｏ ｆｓ ｍｉｏ ｄ ｃｏ ｔｒａｓｔｓ ｉｇ ｓ ｅ ｅ ｉｔ ｎ ｅａ ｅ ｉｔｖｔ Ｉ ｒ ｖ ｄ ｎ ｗ ｗｏ ｓ ｕ ｄｎ ｏ ｉ ａｉｎ ｏ ｅ ｃ ｎ ｕ ｔ ｒｍａ ｅ ｉｌ ｅ ｔｎ ｈｅ ｔｒ ｓｓａ ｃ ｎｄ ｒ ｓｓ ｉｉｙ，ｍｐ ｏ ｅ
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２ ０ 年ｇ ０ ８ 月 第己 卷 第ｇ ７ 期
半 导体 材 料 电 阻率 与导 电类 型 测 试 仪 的 研 制 ＊
王 琨 晏 敏 黄会 雄。 侯 志春 李 旭 刘 滔
４００） １ ２ ５ （． １ 湖南大学物理 与微 电子学院 长 沙 ４ ０ ８ ；２ 湖 南商务职业技术 学院 长沙 １０２ ．
双探针电极板总电阻率的直接测量方法
双探针电极板总电阻率的直接测量方法双探针电极板是一种常用的电阻率测量装置，它可以直接测量材料的电阻率。
本文将介绍双探针电极板总电阻率的直接测量方法。
我们需要了解什么是电阻率。
电阻率是材料对电流流动的阻碍程度的量度，它与材料的导电性能有关。
电阻率越大，材料的导电性能越差，反之则越好。
接下来，我们将介绍双探针电极板的组成和工作原理。
双探针电极板由两个平行的金属电极组成，它们之间固定了一定间距的材料样品。
当通过电极板施加恒定电流时，可以测量到电阻。
那么，如何测量双探针电极板的总电阻率呢？下面是具体的步骤：步骤一：准备工作需要选择一种具有已知电阻率的标准材料作为参照物。
这个标准材料的电阻率应该在可测量范围内，并且已经有了准确的测量值。
步骤二：安装电极板将双探针电极板固定在测量装置上，并确保电极板与标准材料之间的间距恒定。
间距的选取应考虑到样品的尺寸和形状。
步骤三：施加电流通过电源将恒定电流施加到双探针电极板上。
电流的大小应根据标准材料的特性和测量要求来确定。
步骤四：测量电压使用电压计测量电极板上的电压。
电压计的精度应足够高，以确保测量结果的准确性。
步骤五：计算电阻率根据欧姆定律，电阻率可以通过电压和电流的比值来计算。
使用以下公式：电阻率 = 电阻× 断面积 / 电极板长度步骤六：校准和验证使用标准材料的电阻率值对测量结果进行校准和验证。
如果测量结果与标准值相符，说明测量是准确的。
总结：双探针电极板总电阻率的直接测量方法是通过施加恒定电流，测量电压，并根据欧姆定律计算电阻率。
该方法简单易行，可以有效地测量材料的电阻率。
在实际应用中，需要注意选择合适的标准材料和测量装置，以获得准确可靠的测量结果。