(完整word版)四探针法测电阻率
实验 四探针法测电阻率
1．实验目的：
学习用四探针法测量半导体材料的体电阻率和扩散薄层的电阻率及方块电阻。
2．实验内容
① 硅单晶片电阻率的测量：选不同电阻率及不同厚度的大单晶圆片，改变条件（光照
与否），对测量结果进行比较。
② 薄层电阻率的测量：对不同尺寸的单面扩散片和双面扩散片的薄层电阻率进行测
量。
改变条件进行测量（与①相同），对结果进行比较。
3． 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。
利用恒流源给1、4两个探针通以小电流，然后在2、3两个探针上用高输入阻抗的静电计、电位差计、电子毫伏计或数字电压表测量电压，最后根据理论
公式计算出样品的电阻率［１］
I
V C
23
=ρ 式中，C 为四探针的修正系数，单位为厘米，C 的大小取决于四探针的排列方法和针距，
探针的位置和间距确定以后，探针系数C 就是一个常数；V 23为2、3两探针之间的电压，单位为伏特；I 为通过样品的电流，单位为安培。
半导体材料的体电阻率和薄层电阻率的测量结果往往与式样的形状和尺寸密切相关，下面我们分两种情况来进行讨论。
⑴ 半无限大样品情形
图1给出了四探针法测半无穷大样品电阻率的原理图，图中(a)为四探针测量电阻率的装置；(b)为半无穷大样品上探针电流的分布及等势面图形；(c)和(d)分别为正方形排列及直线排列的四探针图形。
因为四探针对半导体表面的接触均为点接触，所以，对图１（b ）所示的半无穷大样品，电流I 是以探针尖为圆心呈径向放射状流入体内的。
因而电流在体内所形成的等位面为图中虚线所示的半球面。
于是，样品电阻率为ρ，半径为r ，间距为dr 的两个半球等位面间的电阻为
dr r dR 2
2πρ
=
， 它们之间的电位差为 dr r I
IdR dV 2
2πρ=
=。
考虑样品为半无限大，在r →∞处的电位为0，所以图１（a ）中流经探针１的电流I 在r 点形成的电位为 ()r
I
dr r I V r
r πρπρ222
1==
⎰
∞。
流经探针１的电流在２、３两探针间形成的电位差为 ()⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛-=1312123112r r I V πρ； 流经探针４的电流与流经探针１的电流方向相反，所以流经探针４的电流I 在探针２、３之间引起的电位差为
()⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛--=4342423112r r I V πρ。
于是流经探针１、４之间的电流在探针２、３之间形成的电位差为
⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛+--=
434213122311112r r r r I V πρ。
由此可得样品的电阻率为
()1111121
4342131223-⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛+--=r r r r I V πρ
上式就是四探针法测半无限大样品电阻率的普遍公式。
在采用四探针测量电阻率时通常使用图１（c ）的正方形结构（简称方形结构）和图１（d ）的等间距直线形结构，假设方形四探针和直线四探针的探针间距均为S ， 则对于直线四探针有 S r r S r r 2,
42134312====
()2223I
V S ⋅
=∴πρ
对于方形四探针有 S r r S r r 2,42134312====
()
322223
I
V S ⋅
-=∴
πρ
⑵ 无限薄层样品情形
当样品的横向尺寸无限大，而其厚度t 又比探针间距S 小得多的时候，我们称这种样品为无限薄层样品。
图２给出了用四探针测量无限薄层样品电阻率的示意图。
图中被测样品为在p 型半导体衬底上扩散有n 型薄层的无限大硅单晶薄片，１、２、３、４为四个探针在硅片表面的接触点，探针间距为S ，n 型扩散薄层的厚度为t ，并且t<<S ，I +表示电流从探针１流入硅片，I -表示电流从探针４流出硅片。
与半无限大样品不同的是，这里探针电流在n 型薄层内近似为平面放射状，其等位面可近似为圆柱面。
类似前面的分析，对于任意排列的四探针，探针１的电流I 在样品中r 处形成的电位为
()r t
I dr rt I V r
r ln 221πρπρ-==⎰
∞
式中ρ为n 型薄层的平均电阻率。
于是探针１的电流I 在２、３探针间所引起的电位差为 ()12
13
1312123ln 2ln 2r r t I r r t I V πρπρ=-
= 同理，探针４的电流I 在２、３探针间所引起的电位差为
()43
42
423ln 2r r t I V πρ=
所以探针１和探针４的电流I 在２、３探针之间所引起的电位差是
12
4313
4223ln 2r r r r t I V ⋅⋅=
πρ 于是得到四探针法测无限薄层样品电阻率的普遍公式为
()4ln 212
4313
4223r r r
r I tV ⋅⋅=
πρ
对于直线四探针，利用S r r S r r 2,
42134312====可得
()52ln 2ln 222323I
V t I tV ⋅==
ππρ
对于方形四探针，利用S r r S r r 2,42134312====可得
()62ln 223
I
V t ⋅=
πρ
在对半导体扩散薄层的实际测量中常常采用与扩散层杂质总量有关的方块电阻R S ，它
与扩散薄层电阻率有如下关系：
j
X
j
S NX q
NdX
q X R j
μμρ
1
10
=
=
=
⎰
这里X j 为扩散所形成的pn 结的结深。
这样对于无限薄层样品，方块电阻可以表示如下： 直线四探针：
()72ln 23
I
V X R j
S πρ
=
=
方形四探针：
()82ln 223
I
V X R j
S πρ
=
=
在实际测量中，被测试的样品往往不满足上述的无限大条件，样品的形状也不一定相同，因此常常要引入不同的修正系数。
实际测量中的扩散样片可能有两种情况：单面扩散片和双面扩散片，如图3所示。
这两种样品的修正系数分别列于附录中的表。
图4 SZT-2A 四探针测试仪
4．实验装置及注意事项
⑴ 实验装置
实验装置如图4所示。
电路中的恒流源所提供的电流是连续可调的，电压表采用电位差计或数字电压表。
实验所用的探针通常采用耐磨的导电硬质合金材料，如钨、碳化钨等。
探针要求等间距配置，并使其具有很小的游移误差。
在探针上需加上适当的压力，
以减小探针与半导体材料之间的接触电阻。
⑵ 注意事项
① 半无限大样品是指样品厚度及任意一根探针距样品最近边界的距离远大于探针
间距，如果这一条件不能得到满足则必需进行修正。
② 为了避免探针处的少数载流子注入，提高表面复合速度，待测样品的表面需经
粗砂打磨或喷砂处理。
③ 在测量高阻材料及光敏材料时需在暗室或屏蔽盒内进行。
④ 因为电场太大会使载流子的迁移率下降，导致电阻率测量值增大，故须在电场
强度E<1V/cm 的弱场下进行测量。
⑤ 为了避免大电流下的热效应，测试电流应尽可能低，但须保证电压的测试精度。
[2]电阻率范围（Ω· cm ） 测量电流（mA ）
<0.012 100 0.08~0.6 10 0.4~60 1 40~1200 0.1 >800
0.01
⑥ 为了满足探针与半导体的接触为欧姆接触，探针上须加上一定的压力。
对于体
材料，一般取1~2kg ；对于薄层材料或外延材料选取200g 。
⑦ 当室温有较大波动时，最好将电阻率折算到23℃时的电阻率。
因为半导体的电
阻率对温度很敏感。
如果有必要考虑温度对电阻率的影响，可用下面的公式进行计算
()[]
()91参考平均参考T T C T --=ρρ
式中ρ参考为修正到某一参考温度(例如23℃)下的样品电阻率; ρ平均为测试温度下样品的平均电阻率；C T 为温度系数，它随电阻率变化的曲线示于图5；T 为测试温度；T 参考为某一指定的参考温度。
材料物理性能实验六四探针法测半导体电阻率
材料物理性能实验六四探针法测半导体电阻率引言：材料的电阻率是衡量材料导电性能的重要指标之一、在半导体材料中，由于带电载流子的特殊特性，其电阻率与探测方法有一定的关联。
因此，对于半导体材料的电阻率测试与分析是十分关键的。
实验目的：通过四探针法测量半导体样品的电阻率，分析半导体电阻率的特点。
实验器材与材料：1.半导体样品2.四探针测试仪3.电源4.万用表5.连接线实验步骤：1.将四探针测试仪的四个探针插入半导体样品的表面，探针之间应呈正方形或矩形排列，并保持一定的间距。
2.打开四探针测试仪，选择合适的电流和电压范围，并进行零点校准。
3.调节电源，使电流通过半导体样品。
4.采集电压和电流的数值，并记录下来。
5.换一个电流方向，重复步骤46.将采集到的数据带入电阻率的计算公式，并计算出半导体样品的电阻率。
7.执行多次实验，取平均值得到更准确的结果。
数据处理：根据步骤6，将采集到的电压和电流数值带入下面的公式计算半导体样品的电阻率：ρ=(V*a)/(I*l)其中，ρ为电阻率，V为电压，I为电流，a为电流方向上的电流距离，l为垂直电流方向上的电流距离。
讨论与分析：通过实验测量得到的半导体样品的电阻率与其物理性质有关。
半导体的电阻率通常较高，且受温度的影响较大。
在常温下，半导体的电阻率通常较大，因为带电载流子在晶体内处于散乱运动的状态，导致电阻增大。
当温度升高时，带电载流子的能量增大，散射减少，电阻率减小。
此外，不同类型的半导体（n型或p型）其电阻率也有所不同。
实验注意事项：1.进行四探针法测量时，应保持探针与半导体样品的接触良好，防止有氧化层或其他杂质影响测量结果。
2.在调节电流和电压范围时，应注意不要超过半导体样品所能承受的最大值，以免损坏样品。
3.进行多次实验取平均值时，应尽量保持实验条件的一致性，以获得准确的结果。
结论：通过实验测量得到的半导体样品电阻率可用于分析半导体的导电特性。
半导体的电阻率通常较高且温度敏感。
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。
四探针法测电阻率共14页
实验四探针法测电阻率1．实验目的：学习用四探针法测量半导体材料的体电阻率和扩散薄层的电阻率及方块电阻。
2．实验内容①硅单晶片电阻率的测量：选不同电阻率及不同厚度的大单晶圆片，改变条件（光照与否），对测量结果进行比较。
②薄层电阻率的测量：对不同尺寸的单面扩散片和双面扩散片的薄层电阻率进行测量。
改变条件进行测量（与①相同），对结果进行比较。
3．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。
利用恒流源给1、4两个探针通以小电流，然后在2、3两个探针上用高输入阻抗的静电计、电位差计、电子毫伏计或数字电压表测量电压，最后根据理论公式计算出样品的电阻率［１］式中，C为四探针的修正系数，单位为厘米，C的大小取决于四探针的排列方法和针距，探针的位置和间距确定以后，探针系数C 就是一个常数；V 23为2、3两探针之间的电压，单位为伏特；I 为通过样品的电流，单位为安培。
半导体材料的体电阻率和薄层电阻率的测量结果往往与式样的形状和尺寸密切相关，下面我们分两种情况来进行讨论。
⑴ 半无限大样品情形图1给出了四探针法测半无穷大样品电阻率的原理图，图中(a)为四探针测量电阻率的装置；(b)为半无穷大样品上探针电流的分布及等势面图形；(c)和(d)分别为正方形排列及直线排列的四探针图形。
因为四探针对半导体表面的接触均为点接触，所以，对图１（b ）所示的半无穷大样品，电流I 是以探针尖为圆心呈径向放射状流入体内的。
因而电流在体内所形成的等位面为图中虚线所示的半球面。
于是，样品电阻率为ρ，半径为r ，间距为dr 的两个半球等位面间的电阻为 它们之间的电位差为 dr r IIdR dV 22πρ==。
（完整版）四探针法测方块电阻的原理
（完整版）四探针法测⽅块电阻的原理
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：
R - （式3-1）
s
其中p 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I 满⾜关系式：
1
（n e q n mq h）（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 - —⼀（式3-3）
s lx j x j
即⽅块电阻与电阻率P成正⽐，与膜层厚度X j成反⽐，⽽与正⽅形边长I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1（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:
V R □ c （式3-4）
I
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。
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，值与被测样品的形状和⼤⼩有关。
C=4.53如果修正。
四探针测试仪测量薄膜的电阻率(2013)
四探针测试仪测量薄膜的电阻率一、实验目的1、掌握四探针法测量电阻率和薄层电阻的原理及测量方法；2、了解影响电阻率测量的各种因素及改进措施。
二、实验仪器采用SDY-5型双电测四探针测试仪（含：直流数字电压表、恒流源、电源、DC-DC电源变换器）。
三、实验原理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，如三探针法、电容---电压法、扩展电阻法等。
四探针法则是一种广泛采用的标准方法，在半导体工艺中最为常用。
1、半导体材料体电阻率测量原理在半无穷大样品上的点电流源，若样品的电阻率ρ均匀，引入点电流源的探针其电流强度为I，则所产生的电场具有球面的对称性，即等位面为一系列以点电流为中心的半球面，如图1所示。
在以ｒ为半径的半球面上，电流密度ｊ的分布是均匀的：若E为ｒ处的电场强度，则：图3 四探针法测量原理图由电场强度和电位梯度以及球面对称关系， 则：取ｒ为无穷远处的电位为零， 则：（1） 上式就是半无穷大均匀样品上离开点电流源距离为ｒ的点的电位与探针流过的电流和样品电阻率的关系式，它代表了一个点电流源对距离ｒ处的点的电势的贡献。
对图2所示的情形，四根探针位于样品中央，电流从探针1流入，从探针4流出， 则可将1和4探针认为是点电流源，由1式可知，2和3探针的电位为：2、3探针的电位差为： 此可得出样品的电阻率为：上式就是利用直流四探针法测量电阻率的普遍公式。
我们只需测出流过1、4 探针的电流I 以及2、3 探针间的电位差V 23，代入四根探针的间距， 就可以求出该样品的电阻率ρ。
实际测量中， 最常用的是直线型四探针（如图3所示），即四根探针的针尖位于同一直线上，并且间距相等，设r 12=r 23=r 34=S ，则有：S IV πρ223= (223I V πρ=134132412)1111-+--r r rr dr d E ψ-=dr rI Edr d 22πρψ-=-=⎰⎰⎰∞∞I -=-=)(022r r r rdr Edr d ψπρψr l r πρψ2)(=)11(224122r r I -=πρψ11(234133r r I -=πρψ)1111(2341324123223r r r r I V +--=-=πρψψ需要指出的是： 这一公式是在半无限大样品的基础上导出的，实用中必需满足样品厚度及边缘与探针之间的最近距离大于四倍探针间距， 这样才能使该式具有足够的精确度。
四探针法测量电阻率
四探针法测量电阻率
实验数据及处理
1.硅片
每次调整电流至6.28mA,测得的即为电阻率（抵消了公式中的修系数2），选取5个点，改变电流方向得到的数据为
10.54 10.58 10.70 10.61 10.56
-10.45 -10.44 -10.48 -10.53 -10.55
平均电阻率为ρ=10.54Ω·cm
误差为Δρ=0.23Ω·cm
2.ITO透明玻璃
每次调整电流至4.53mA,测得读数即为电阻率（抵消了公式中修正系数/ln2）,选取5个点，每次改变电流方向测得的数据为
2.265 2.4915 1.7667 2.0385 1.5885
-2.355 -2.5821 -1.8573 -2.0838 -1.6761
平均电阻率为ρ=2.07Ω·cm
误差为Δρ=0.35Ω·cm
注意事项
1、Si片和ITO玻璃很脆，请同学们小心轻放；当探针快与Si片接触时，用力要很小，以免损坏探针及硅片。
2、要选择合适的电流量程开关，否则窗口无读数。
3、计算机按键要轻，以免损坏。
4、在测量过程中，由于附近其它仪器电源的开头可能会把计算机锁住而无法工作，此时应重新开机，即恢复正常。
5、每次测量应等所有数值稳定后方可按“测量”进行下一次测量。
附原始实验数据。
利用直流四探针法测量半导体的电阻率
利用直流四探针法测量半导体的电阻率一、测试原理：当四根金属探针排成一条直线，并以一定压力压在半导体材料上时，在1,4两根探针间通过电流Ｉ，则2,3探针间产生电位差Ｖ（如图所示）。
根据公式可计算出材料的电阻率：其中，C 为四探针的探针系数（cm ），它的大小取决于四根探针的排列方法和针距。
二、仪器操作：（一）测试前的准备：1、将电源插头插入仪器背面的电源插座，电源开关置于断开位置；2、工作方式开关置于“短路”位置，电流开关处于弹出位置；3、将手动测试架的屏蔽线插头与电气箱的输入插座连接好；4、对测试样品进行一定的处理（如喷沙、清洁等）；5、调节室内温度及湿度使之达到测试要求。
（二）测试：首先将电源开关置于开启位置，测量选择开关置于“短路”，出现数字显示，通电预热半小时。
1、放好样品，压下探头，将测量选择开关置于“测量”位置，极性开关置于开关上方；2、选择适当的电压量程和电流量程，数字显示基本为“0000”，若末位有数字，可旋转调零调节旋钮使之显示为“0000”；3、将工作方式开关置于“I 调节”，按下电流开关，旋动电流调节旋钮，使数字显示为“1000”，该值为各电流量程的满量程值；4、再将极性开关压下，使数显也为1000±1，退出电流开关，将工作方式开关置于1或6.28处（探头间距为1.59mm 时置于1位置，间距为1mm 时置于6.28位置）；（调节电流后，上述步骤在以后的测量中可不必重复；只要调节好后，按下电流开关，可由数显直接读出测量值。
）5、若数显熄灭，仅剩“1”，表示超出该量程电压值，可将电压量程开关拨到更高档；IV C 3,2=ρ6、读数后，将极性开关拨至另一方，可读出负极性时的测量值，将两次测量值取平均数即为样品在该处的电阻率值。
三、注意事项：1、压下探头时，压力要适中，以免损坏探针；2、由于样品表面电阻可能分布不均，测量时应对一个样品多测几个点，然后取平均值；3、样品的实际电阻率还与其厚度有关，还需查附录中的厚度修正系数，进行修正。
四探针法测量方块电阻(率)说明书
SDY-5型双电测四探针测试仪技术说明书一、概述二、技术指标三、测量原理四、仪器结构说明五、使用方法六、注意事项七、打印机操作方法一、概述SDY-5型双电测四探针测试仪采用了四探针双位组合测量新技术，将范德堡测量方法推广应用到直线四探针上，利用电流探针、电压探针的变换，进行两次电测量，能自动消除样品几何尺寸、边界效应以及探针不等距和机械游移等因素对测量结果的影响。
因而不必知道探针间距，样品尺寸及探针在样品表面上的位置。
由于每次测量都是对几何因素的影响进行动态的自动修正，因此显著降低了几何因素影响，从而提高了测量准确度。
用目前大量使用的常规四探针测量方法所生产的仪器是根本办不到的。
使用本仪器测量时，由于不需要进行几何边界条件和探针间距的修正，因而对各种形状的薄膜材料及片状材料有广泛的适用性。
仪器适用于测量片状半导体材料电阻率及硅扩散层、离子注入层、异型外延层等半导体器件和液晶片导电膜、电热膜等薄层（膜）的方块电阻。
仪器以大规模集成电路为核心部件，并应用了微计算机技术。
利用HQ-710F型微计算机作为专用测量控制及数据处理器，使得测量、计算、读数更加直观、快速，并能打印全部预置和测量数据。
二、技术指标1.测量范围：硅片电阻率：0.01—200Ω.cm (可扩展)薄层电阻：0.01—2000Ω/口(可扩展)(方块电阻)可测晶片直径：最大直径100 mm(配J-2型手动测试架)200 mm(配J-5型手动测试架)可测晶片厚度：≤ 3.00 mm2.恒流电源:电流量程分为100μm、1mA、10mA、100mA四档。
各档电流连续可调。
稳定度优于0.1% 3.数字电压表:量程：0-199.99mV；分辨率：0.01 mV显示：四位半红色发光管数字显示.极性、小数点、超量程自动显示。
精度：±0.1%4.模拟电路测试误差:(用1、10、100、1000Ω精密电阻)≤±0.3%±1字5. 整机准确度:(用0.01—200Ω.cm 硅标样片测试)<5%6. 微计算机功能:(1)键盘控制测量取数,自动控制电流换向和电流、电压探针的变换，并进行正、反向电流下的测量，显示出平均值。
四探针测试仪测量薄膜的电阻率(发)
四探针法测量原理图 四探针测试仪测量薄膜的电阻率〈一〉 实验目的1、理解四探针方法测量半导体电阻率的原理；2、学会用四探针方法测量半导体电阻率。
〈二〉实验原理本实验采用SDY-5型双电测四探针测试仪。
该仪器采用了四探针双位组合测量新技术，将范德堡测量方法推广应用到直线四探针上，利用电流探针、电压探针的变换，进行两次电测量，能自动消除样品几何尺寸、边界效应以及探针不等距和机械游移等因素对测量结果的影响。
因而每次测量不必知道探针间距、样品尺寸及探针在样品表面上的位置。
由于每次测量都是对几何因素的影响进行动态的自动修正，因此显著降低了几何因素影响，从而提高了测量结果的准确度。
所有这些，用目前大量使用的常规四探针测量方法所生产的仪器是无法实现的。
使用本仪器进行测量时，由于不需要进行几何边界条件和探针间距的修正，因而对各种形状的薄膜材料及片状材料有广泛的适用性。
仪器特别适用于测量片状半导体材料电阻率以及硅扩散层、离子注入层、异型外延层等半导体器件和液晶片导电膜、电热膜等薄层(膜)的方块电阻。
仪器以大规模集成电路为核心部件,特别采用了平面轻触式开关设计和各种工作状态LED 指示，并应用了微计算机技术,利用HQ-710F 型微计算机作为专用测量控制及数据处理器,使得测量、计算、读数更加直观、快速，并能打印全部预置和测量数据。
1、体电阻率测量：当１、２、３、４四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 。
材料电阻率: (1) 探针系数 : (2) C IV =ρ12122320π1111C S S S S S S =+--++式中：S 1、S 2、S 3分别为探针１与２，２与３，３与４之间距，用mm 为单位时的值，S 1=S 2=S 3=1mm ， 每个探头都有自己的系数。
一般C ≈62.8±0. 5 mm=6.28±0. 05cm 。
完整版四探针法测电阻率
实验四探针法测电阻率1.实验目的：学习用四探针法测量半导体材料的体电阻率和扩散薄层的电阻率及方块电阻.2.实验内容① 硅单晶片电阻率的测量：选不同电阻率及不同厚度的大单晶圆片,改变条件〔光照与否〕,对测量结果进行比较.②薄层电阻率的测量：对不同尺寸的单面扩散片和双面扩散片的薄层电阻率进行测量.改变条件进行测量〔与①相同〕,对结果进行比较.百1四携计他浏电阻翼原理国mi归国胪朗电阻率焚皆.半无狎大样品」棕首府的分布及半琢等箝面k〕正方褥伸列的四据钟跚3〕直浅排列却西探针围那3.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.由于这种方法简便可行,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.利用恒流源给1、4两个探针通以小电流,然后在2、3两个探针上用高输入阻抗的静电计、电位差计、电子毫伏计或数字电压表测量电压, 最后根据理论公式计算出样品的电阻率：1：V23C —I式中,C为四探针的修正系数, 单位为厘米,C的大小取决于四探针的排列方法和针距,压,单位为伏特；I 为通过样品的电流,单位为安培.半导体材料的体电阻率和薄层电阻率的测量结果往往与式样的形状和尺寸密切相 关,下面我们分两种情况来进行讨论. ⑴ 半无限大样品情形图1给出了四探针法测半无穷大样品电阻率的原理图,图中 率的装置；(b)为半无穷大样品上探针电流的分布及等势面图形；排列及直线排列的四探针图形.由于四探针对半导体外表的接触均为点接触, 图1 ( b)所示的半无穷大样品,电流 I 是以探针尖为圆心呈径向放射状流入体内的. 因而电流在体内所形成的等位面为图中虚线所示的半球面. 径为r,间距为dr 的两个半球等位面间的电阻为dR 2 dr,2 r 2它们之间的电位差为dV IdR 一§dr .2 r 2r ―8处的电位为 0,所以图1 ( a)中流经探针1的电流 I上式就是四探针法测半无限大样品电阻率的普遍公式.在采用四探针测量电阻率时通常使用图1 (c)的正方形结构(简称方形结构)和 图1 (d)的等间距直线形结构,假设方形四探针和直线四探针的探针间距均为 那么对于直线四探针有r 12 r 43S,r 13r 422S332 S V 23I对于方形四才^针有「12 % S, k 1 2S探针的位置和间距确定以后,探针系数 C 就是一个常数；V 23为2、3两探针之间的电(a)为四探针测量电阻 (c)和(d)分别为正方形所以, 于是,样品电阻率为p,考虑样品为半无限大,在r 点形成的电位为V r1——2dr ——. r 2 r 22 r流经探针1的电流在2、3两探针间形成的电位差为r121 —, r 13流经探针4的电流与流经探针1的电流方向相反,所以流经探针4的电流I 在探针2、3之间引起的电位差为于是流经探针1、 4之间的电流在探针2、 3之间形成的电位差为1111o r 12r 13r 42r43由此可得样品的电阻率为2 V 231 Ir 12「13「43S,2 S V23 2 、2 I⑵无限薄层样品情形当样品的横向尺寸无限大,而其厚度t 又比探针间距S 小得多的时候,我们称这种样品为无限薄层样品. 图2给出了用四探针测量无限薄层样品电阻率的示意图.图中被 测样品为在p 型半导体衬底上扩散有 四个探针在硅片外表的接触点,探 针间距为S,n 型扩散薄层的厚度为 t,并且t<<S, I +表示电流从探针1 流入硅片,I -表示电流从探针4流出 硅片.与半无限大样品不同的是, 这里探针电流在 n 型薄层内近似为 平面放射状,其等位面可近似为圆 柱面.类似前面的分析,对于任意 排列的四探针,探针1的电流 I 在 样品中r 处形成的电位为* L I ।V r 1^-dr — ln r为V 23 1'ln3」ln32 tr 132 tr 12同理,探针4的电流I 在2、3探针间所引起的电位差为于是得到四探针法测无限薄层样品电阻率的普遍公式为2 tV 23I对于方形四探针,利用 r 12r 43S, r 13r 42124313422 t V 23 ln2 I在对半导体扩散薄层的实际测量中常常采用与扩散层杂质总量有关的方块电阻 与扩散薄层电阻率有如下关系：_11S Xjq o XjNdX q NX j这里X j 为扩散所形成的pn 结的结深.这样对于无限薄层样品, 方块电阻可以表示如下: 直线四探针：R S ————二37X j ln 2 I式中P 为n 型薄层的平均电阻率. 于是探针1的电流I 在2、 3探针间所引起的电位差所以探针1和探针4的电流V23 4 」ln2 t 「43I 在2、 3探针之间所引起的电位差是V 23」ln 2 tr 42 ri3「43 r 12r i2对于直线四探针,利用 r 12 r 43 S,rrr r2S 可得2 tV 23 21n2已中J 2s 可得Rs,它国,无限薄层棒品电阻率抑U1至3(b)陋W羊闺井肱和总画犷散的那片匕)单面Tift的薄层,m感面扪敦的薄品方形四探针：R S———^38X j ln 2 I在实际测量中,被测试的样品往往不满足上述的无限大条件,样品的形状也不一定相同,因此常常要引入不同的修正系数.实际测量中的扩散样片可能有两种情况：单面扩散片和双面扩散片,如图3所示. 这两种样品的修正系数分别列于附录中的表.图4 SZT-2A四探针测试仪4.实验装置及本卷须知⑴实验装置实验装置如图4所示.电路中的恒流源所提供的电流是连续可调的,电压表采用电位差计或数字电压表.实验所用的探针通常采用耐磨的导电硬质合金材料,如鸨、碳化鸨等.探针要求等间距配置, 并使其具有很小的游移误差.在探针上需加上适当的压力,以减小探针与半导体材料之间的接触电阻.⑵本卷须知①半无限大样品是指样品厚度及任意一根探针距样品最近边界的距离远大于探针间距,如果这一条件不能得到满足那么必需进行修正.②为了预防探针处的少数载流子注入,提升外表复合速度,待测样品的外表需经粗砂打磨或喷砂处理.③在测量高阻材料及光敏材料时需在暗室或屏蔽盒内进行.④由于电场太大会使载流子的迁移率下降,导致电阻率测量值增大,故须在电场强度E<1V/cm的弱场下进行测量.⑤为了预防大电流下的热效应,测试电流应尽可能低,但须保证电压的测试精度.不同电阻率样品的电流选择大致为[2]⑥为了满足探针与半导体的接触为欧姆接触,探针上须加上一定的压力.对于体材料,一般取1~2kg;对于薄层材料或外延材料选取200g.⑦ 当室温有较大波动时,最好将电阻率折算到23c时的电阻率.由于半导体的电阻率对温度很敏感.如果有必要考虑温度对电阻率的影响,可用下面的公式进行计算参考平均1C TTT参考式中P参考为修正到某一参考温度〔例如23C〕下的样品电阻率；p平均为测试温度下样品的平均电阻率；C T为温度系数,它随电阻率变化的曲线示于图5; T为测试温度; T参考为某一指定的参考温度.图F H-叟和PYi斗〕的电住率温.度系数能电祖率的变M。