四探针法测量材料的电阻率和电导率
四探针测试仪的技术参数
四探针测试仪的技术参数四探针测试仪是一种用于测量材料电阻率、电导率、薄膜厚度等物理性质的仪器。
它具有高精度、高灵敏度、重复性好等特点，被广泛应用于半导体、涂层、薄膜等领域。
本文将介绍四探针测试仪的技术参数，以便用户在选择和使用时能够更好地了解该仪器的性能和优势。
1. 电极间距四探针测试仪的电极间距是指四个探针之间的距离，也称为探针间距。
不同的电极间距适用于不同的测试范围和需求。
在薄膜测量和研究中，0.1mm到10mm 的电极间距是比较常见的，而在半导体器件测试中，电极间距通常是几十微米到几毫米。
电极间距的精度越高，测试数据的精度也会更高。
2. 测试范围四探针测试仪的测试范围是指其可测量的电阻率范围或者电导率范围。
在实际应用中，测试范围应根据被测试物质的特性和需求而定。
较低的电阻率可用于半导体器件测试，而较高的电阻率通常用于涂层、薄膜等领域。
根据测试范围的不同，四探针测试仪还可测量物质的电荷密度、载流子浓度等物理量。
3. 精度四探针测试仪的精度是指测试结果的准确程度。
确保仪器精度是选择仪器时的重要因素。
仪器的精度受到多种因素的影响，包括仪器本身技术水平、电极间距、被测样品的性质和几何形状等。
一般而言，四探针测试仪的精度可达到0.01%至1%。
4. 工作频率四探针测试仪的工作频率是指测试时所使用的交流电压的频率。
在测量材料电阻率时，高频率可以减少热效应，从而减小误差。
而在测量材料的介电常数时，低频率的交流电压更有利于获得真实的测试结果。
因此，在使用四探针测试仪时，需要根据被测试材料的特性选择合适的工作频率。
5. 数据输出方式四探针测试仪的数据输出方式分为两种：数字输出和模拟输出。
数字输出通常用于自动处理测试数据和自动控制测量等应用，而模拟输出则适用于需要手动分析和处理数据的应用。
现代四探针测试仪通常都具有数字化的数据处理功能，能够自动输出测试结果，并直接传输到计算机或其他外部设备。
6. 附加功能现代四探针测试仪通常还具有一些附加功能，以提高仪器的性能和可靠性。
四探针法测量电阻率
一、引言 电阻率是反映半导体材料导电性能的重要参数之一.虽然测量电阻率的方法很多, 但由于四探针法设备简单、操作方便、精确度高、测量范围广，而且对样品形状无严 格要求，不仅能测量大块材料的电阻率，也能测量异形层、扩散层、离子注入层及外 延层的电阻率，因此在科学研究及实际生产中得到广泛利用。 本实验是用四探针法测量硅单晶材料的电阻率及 pn 结扩散层的方块电阻。通过 实验，掌握四探针法测量电阻率的基本原理和方法以及对具有各种几何形状样品的修 正，并了解影响测量结果的各种因素。 二、原理 1、 四探针法测量单晶材料的电阻率 最常用的四探针法是将四根金属探针的针尖排在同一直线上的直线型四探针法，如 图 2.1 所示。当四根探针同时压在一块相对于探针间距可视为半无穷大的半导体平坦表 面上时，如果探针接触处的材料是均匀的，并可忽略电流在探针处的少子注入，则当电 流 I 由探针流入样品时，可视为点电流源，在半无穷大的均匀样品中所产生的电力线具 有球面对称性，即等势面为一系列以点电流源为中心的半球面。样品中距离点电源 r 处 的电流密度 j，电场ε和电位 V 分别为
0
式中 q 为电子电荷，u 为扩散层中多数载流子的迁移率。因此，可引入扩散层平均电阻 率 ，可以证明，
R X j C 0
三、实验装置
V23 X j ............(15) I
实验装置主要由三部分组成：四探针头、电流调节装置、电压测试仪。 1、 四探针头 四根探针头要等距离地排列在一直线上，探针间距要固定（通常约为 1mm 左右） ， 游移度要小。探针头地曲率半径约为 50um 左右，探针之间的电绝缘性能要好。为了 使探针和样品形成较好的欧姆接触，要求探针与待测材料有较低的接触电势差，而且 探针和样品之间要加一定的压力（每根探针压力为 100－200g） 。因此，探针要用导电 性能好的硬质、耐磨金属制成，通常采用钨、碳化钨、锇铱合金、合金钢等。 2、 电流调节装置 四探针法的测试电路如图 2.2 所示。
四探针法导电材料电导率电阻率的测量
四探针法导电材料电导率电阻率的测量
一、目的要求
1．了解材料的电阻率、电导率的测量方法
2. 掌握材料电导率与电阻率的关系
3．加深理解影响材料导电性能的因素
二、基本原理
欧姆定律
式中R为导体的电阻，L、S分别为导体的长度和横截面积；ρ为导体的电阻率，电阻率与材料本质有关。
电阻率与电导率关系为
σ的单位为西门子每米S/m。
电性能的测量主要是测量材料的电导率σ及电阻率ρ。
操作过程：四根金属探针排成一直线，以1红、2黄、3蓝、4绿、的顺序连接电化学工作站的电极线，以一定压力压在半导体材料上，在1、4两根探针间通过电流I，在2、3探针间产生电位差V。
方法：导电材料电导率电阻率测量
参数设置：试样面积：20*25cm，探针间距不大于2mm.
试样厚度：按实际厚度填入。
电压量程和电流量成可以自动和手动填入。
仪器运行后，界面自动显示电导率和电阻率，10秒钟自动停止，图形固定于界面，结果显示在界面的右侧。
测量结束后，点击右侧最上方的文件---另存为，保存到硬盘以备查看。
四探针法测量材料的电阻率和电导率
实验七：四探针法测量材料的电阻率和电导率ID:20110010020［实验目的］:1、了解四探针电阻率测试仪的基本原理；2、了解的四探针电阻率测试仪组成、原理和使用方法；3、能对给定的物质进行实验，并对实验结果进行分析、处理［实验原理］:单晶硅体电阻率的测量测试原理：直流四探针法测试原理简介如下:当1、2、3、4根金属探针排成直线时，并以一定的压力压在半导体材料上，在1、4两处探针间通过电流I,则2、3探针间产生电位差V。
材料的电阻率尸/Ss）（1>式中C为探针系数，由探针几何位置、样品厚度和尺寸决定，通常表示为C=F（D/S）・F（W/S）,E乎，W⑵式中：F（WS）F（D/S>Fsp分别样品厚度修正因子、直径修正因子、探针间距修正系数（四探针头合格证上的F值）。
W:片厚，D:片径，S:探针间距。
［实验装置］:使用RTS-4型四探针测试仪1、电气部分：过DC-DC变换器将直流电转换成高频电流，由恒流源电路产生的高频稳定恒定直流电流其量程为0.1mA、1mA、10mA、100mA;数值连续可调，输送到1、4探针上，在样品上产生电位差，此直流电压信号由2、3探针输送到电气箱内。
再由高灵敏，高输入阻抗的直流放大器中将直流信号放大（放大量程有0.763、7.63、76.3）。
放大倍数可自动也可人工选择，放大结果通过A/D转换送入计算机显示出来。
RTS-例四探针测试仪框图如下所示。
国2四探」期试M电气刍分原理方也:2。
测试架探头及压力传动机构、样品台构成，见图3所示，探头采用精密加工，内有弹簧加力装置，测试需要对基片厚度进行测量，以便对探头升降高度进行限制。
图3测试架结构图［实验内容］:一、测试准备：将220V电源插入电源插座，开机后等十分钟在进行测量。
1 .利用标样学习测试参数确定：进入系统，打开主界面。
Q选择参数：选择测试类别（如薄圆片还是棒材电阻率等）；酬入参数：片厚（mm）；直径；选择电流量程。
四探针法测电阻率原理
四探针法测电阻率原理
四探针法测电阻率是一种常用的电学测量方法，它可以准确测量材料的电阻率。
该方法利用四个电极分别组成的探针来接触被测物质表面，通过施加电流和测量电压来计算电阻率。
该方法的原理基于欧姆定律，即电流通过导体时，电流与电压成正比，比例常数为电阻。
测量时，我们使用两个电流探针在被测物质上施加电流，而另外两个电压探针则用于测量电压。
根据欧姆定律，电流与电压之间的比值即可得到电阻。
为了提高测量的准确性和稳定性，四个电极的排列方式很重要。
通常，两个电流探针之间应隔有一定距离，以避免电流从一个探针跳过直接到另一个探针而影响测量结果。
同样，两个电压探针之间也应保持一定距离，以避免电压的变化受到相邻电极的影响。
在测量过程中，我们需要保持恒定的电流，并测量对应的电压。
通过改变施加的电流大小，我们可以获得多组电流-电压的测
量数据。
然后，根据这些数据，可以绘制出电流-电压的关系
曲线。
该曲线的斜率即为被测物质的电阻率。
通过四探针法测电阻率，我们可以得到材料的电阻率值，这对于研究材料的电性质、导电性等具有重要意义。
四探针测试半导体的电阻率
四探针法测量半导体的电阻率一、实验目的1、了解四探针电阻率测试仪的基本原理；2、了解的四探针电阻率测试仪组成、原理和使用方法；3、能对给定的物质进行实验，并对实验结果进行分析、处理。
二、实验原理1.电阻的测量电性能是材料的重要物理性能之一，材料导电性的测量就是测量试样的电阻或电阻率。
电阻的测量方法很多，若精度要求不高，常用兆欧表、万用表、欧姆表及伏安法等测量；若精度要求比较高或阻值在10-6～102Ω的材料电阻（如金属或合金的阻值）测量时，需采用更精密的测量方法。
常用的几种方法如下：①双臂电桥法：根据被测量与已知量在直流桥式线路上进行比较而得出测量结果，其精确测量电阻范围为10-6～10-3Ω，误差为0.2～0.3%。
缺点：受环境温度影响较大。
②直流电位计测量法：一种比较法测量电动势，通过“串联电路中电压与电阻成正比”计算得出电阻。
其可测量10-7V微小电动势。
优点：导线和引线电阻不影响测试结果。
③直流四探针法：主要用于半导体或超导体等低电阻率的精确测量。
④冲击检流计法：主要用于绝缘体电阻的测量，将待测电阻与电容器串联，用冲击检流计测量电容器极板上的电量。
通过检流计的偏移量来计算待测电阻，可测得绝缘体电阻率高达1015～1016Ω·cm。
2.电阻率的测量电阻率是用来表示各种物质电阻特性的物理量，某种材料制成的长1米、横截面积是1平方毫米的在常温下（20℃时）导线的电阻，叫做这种材料的电阻率。
它反映物质对电流阻碍作用。
电阻率是半导体材料的重要电学参数之一，硅单晶的电阻率与半导体器件的性能有密切联系。
因此电阻率的测量是半导体材料常规参数测量项目之一。
测量电阻率的方法很多，如二探针法、扩展电阻法等。
而四探针法则是目前检测半导体电阻率的一种广泛采用的标准方法。
它具有设备简单、操作方便、精度较高、对样品的几何形状无严格要求等优点。
3.直流四探针法测试原理①体电阻率测量：当1、2、3、4根金属探针排成直线时，并以一定的压力压在半导体材料上，在1、4两处探针间通过电流I，则2、3探针间产生电位差V。
四探针法测电导率
四探针法测量高导电率材料的电导率西安交通大学理学院2004.08四探针法测量高导电率材料的电导率一．前言在科研和现今社会生活的许多场合，大量使用导电材料和电阻合金。
监测电阻或导电率随外界条件的变化也是材料的相变研究、环境的温度、湿度、气氛等的监测和控制的重要手段。
材料精确的电阻或电阻率数据以及了解不同电场条件下电流在不同尺寸、不同形状的导体中的分布在电子电路以及其它工程设计中也是必不可少的。
因此材料以及电功能器件的电阻或电阻率的精确测量成为了重要的物理实验之一，也是工程技术人员必须掌握的基本技能。
电阻率所针对的对象是导电或电阻材料，一般是通过测定特定形状的材料电阻值后计算得出。
对于功能器件一般只测量其电阻值。
而环境（温度、湿度、气氛）或材料状态对电阻或电阻率的影响测量则一般是将材料或器件放于特定的环境之中，通过改变环境参数测定电阻或电阻率的变化。
上述所有操作归结为一点，即电阻的测量。
由于目前还没有不使用电而间接精确测量电阻的方法，因此电阻与其它物理参数测量相比的最突出特点是必须将被测材料或器件连接在电路之中，电路之中的导线、导线接头或器件触点接触电阻、测量仪表的内阻以及与被测电阻间的连接关系，阻值比例等多种因素都会对影响测量结果的精确度。
在许多情况下，测量误差是不可忽略的。
为了提高电阻测量的精确度，对于不同阻值范围的材料或器件设计了不同的测量方法。
例如采用三电极系统测量MΩ级以上的高电阻，采用电桥法测量Ω和KΩ级的电阻等。
但在高导电率材料或小电阻器件的电阻测量之中，不仅电路中的接触电阻不可以忽略不计，甚至导线的电阻都不是无穷小量。
而在电桥测量方法中也难以找到与被测电阻值相当的小电阻与之相匹配。
有些试样的尺寸很小（薄膜）或很大（大块样品或大尺寸板状样品）又不允许拆剪成合适尺寸时更是如此。
近代物理学中，对于微电阻或小电阻，特别是电阻率的测量，常使用四点探针（Four point probe）来完成。
四探针测试原理
四探针测试原理四探针测试（Four-point probe），也被称为四探针电阻测量法，是一种用于测量电导率和电阻的常用方法。
通过使用四个细尖探针接触材料表面，可以准确测量材料的电学性质。
本文将介绍四探针测试的原理以及其应用领域。
一、原理四探针测试的原理基于电流和电压之间的关系。
在传统的两探针测试中，只需要两个探针接触样品表面，但这种方法不能准确测量电阻，因为接触电阻会引入误差。
四探针测试则通过使用额外的两个探针来补偿接触电阻的影响，从而提高了测量的准确性。
四个探针分布在一个平面上，形成一个矩形或正方形的排列。
两个外侧的探针被称为“当前探针”，它们提供电流，并通过被测物体的表面传输电流。
两个内侧的探针被称为“电压探针”，它们用于测量在材料上形成的电压差。
在测试过程中，电流探针提供电流，通过被测材料流动，而电压探针则用于测量电压差。
根据欧姆定律，电阻可以通过测量电流和电压之间的比值来计算。
由于电流探针之间的距离相等且小于电压探针之间的距离，四探针测试可以减小接触电阻产生的误差。
因此，四探针测试可以提供更准确的电阻测量。
二、应用领域四探针测试在许多领域中都有重要的应用，特别是在材料科学和半导体领域。
以下是几个常见的应用领域：1. 材料科学：四探针测试可以用于测量材料的电阻率和导电性。
它被广泛用于研究不同材料的电学性质，以及评估材料的品质和一致性。
2. 半导体材料：四探针测试在半导体器件分析中具有重要作用。
它可以用来测量半导体材料的片内电阻和薄膜材料的电阻。
3. 导电薄膜：四探针测试可以测量导电薄膜的电阻率和薄膜的均匀性。
这对于制备导电薄膜和薄膜材料的性能优化至关重要。
4. 纳米材料：由于纳米材料的尺寸小，传统的两探针测试失效。
四探针测试可以在纳米材料的表面进行非破坏性电阻测量。
总结：四探针测试是一种准确测量电导率和电阻的方法。
通过使用四个探针接触材料表面，可以消除接触电阻造成的误差，提高测量的准确性。
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电阻
率样品
单晶硅薄圆片 方块ITO导电玻
璃
石墨棒
Ρ1(Ω *cm）
2.49
12.83 2.6mΩ
Ρ2(Ω *cm） Ρ3（Ω
*cm）
2.51
2.48
12.87 2.7mΩ
12.77 2.6mΩ
率样品
指导教师签字：
平均值
2.49 12.82 2.63mΩ
2。测试架 探头及压力传动机构、样品台构成，见图3所示，探头采用精密加工，
内有弹簧加力装置，测试需要对基片厚度进行测量，以便对探头升降高 度进行限制。 图3 测试架结构图 [实验内容]： 一、测试准备：将220V电源插入电源插座，开机后等十分钟在进行测 量。
1. 利用标样学习测试参数确定：进入系统，打开主界面。 ①选择参数：选择测试类别（如薄圆片还是棒材电阻率等）； ②输入参数：片厚（mm）；直径；选择电流量程。 ③试测量，记录测试结果。 2. 与标准样品参数比较 按照已知条件标准样品在环境温度23℃时，电阻率为：0.924Ω *cm（中 心点），与测量结果对比，说明产生差别的原因。 二、 样品测量：将待测样品放在探针下部，按上面选择测量参量，输 入被测样品的厚度、直径、电流量程，点击测试测量键，开始测量，记 录测试结果。 注：测量过程中不要移动探针和样品。 同一样品重复测量3次，将三次 测量得的电阻率值取平均，即为样品的平均电阻率值。 将结果记录在 表格。
当1、2、3、4根金属探针排成直线时，并以一定的压力压在半导体材料 上，在1、4两处探针间通过电流I，则2、3探针间产生电位差பைடு நூலகம்。
式中C为探针系数，由探针几何位置、样品厚度和尺寸决定，通常表示 为
式中：F(W S)、F(D/S)、Fsp分别样品厚度修正因子、直径修正因子、探 针间距修正系数（四探针头合格证上的F值）。W：片厚，D：片径，
实验七：四探针法测量材料的电阻率和电导率
ID: 20110010020 [实验目的]： 1、了解四探针电阻率测试仪的基本原理； 2、了解的四探针电阻率测试仪组成、原理和使用方法； 3、能对给定的物质进行实验，并对实验结果进行分析、处理。 [实验原理]： 单晶硅体电阻率的测量测试原理：直流四探针法测试原理简介如下：
S：探针间距。 [实验装置]： 使用RTS-4型四探针测试仪 1、电气部分：
过DC-DC变换器将直流电转换成高频电流，由恒流源电路产生的高频 稳定恒定直 流电流其量程为0.1mA、1mA、10 mA、100 mA；数值连续可调，输送 到1、4探针上，在样品上产生电位差，此直流电压信号由2、3探针输送 到电气箱内。再由高灵敏，高输入阻抗的直流放大器中将直流信号放大 （放大量程有0.763、7.63、76.3）。放大倍数可自动也可人工选择，放 大结果通过A/D转换送入计算机显示出来。RTS-4型四探针测试仪框图如 下所示 。