SDY-4型四探针测试仪技术说明书
材料科学基础实验指导书(77份)
材料科学基础实验指导书适用专业：材料物理总学时：32学时目录实验一铁磁性材料居里温度的测定 (3)实验二材料导热系数的测定 (7)实验三润湿角（接触角）的测定 (10)实验四四探针法测量半导体电阻率 (14)实验五示波器法测定铁磁性材料的磁化曲线和磁滞曲线 (19)实验六拉伸实验 (26)实验七铸铁显微组织的观察 (32)实验八碳钢金相试样的制备、组织观察及力学性能的测定 (39)实验一铁磁性材料居里温度的测定铁磁性物质的磁性随温度的变化而变化，当温度上升到某一温度时，铁磁性材料就由磁性状态转变为顺磁性状态，即失掉铁磁性物质的特性而转变为顺磁性物质，这个温度称之为居里温度，以T C表示，测量T C不仅对磁性材料、磁性器件的研制、使用，而且对工程技术以及家用电器的设计都具有重要的意义。
[实验目的]1. 初步了解铁磁性物质由铁磁性转变为顺磁性的微观机理；2. 学习用JLD-Ⅱ型居里点测试仪测量居里温度的原理和方法；3. 测定5个低温温敏磁环的居里温度。
[实验装置]JLD-Ⅱ型居里点测试仪一套（主机一台，加温炉一台，样品5只）。
[实验原理]1.基本原理在铁磁性物质中，相邻原子间存在着非常强的交换耦合作用，这个相互作用促使相邻原子的磁矩平行排列起来，形成一个自发磁化达到饱和状态的区域，这个区域的体积约为10-8m3，称之为磁畴。
在没有外磁场作用时，不同磁畴的取相各不相同，如图1所示。
因此，对整个铁磁物质来说，任何宏观的方向，任何宏观区域的平均磁矩不再为零，且随着外磁场的增大而增大。
当外磁场增大到一定值时，所有磁畴沿外磁场方向整齐排列，如图2所示，任何宏观区域的平均磁矩达到最大值，铁磁物质显示出很强的磁性，我们说铁磁物质被磁化了，铁磁物质的磁导率μ远远大于顺磁物质的磁导率。
外磁场方向图1 图2铁磁物质被磁化后具有很强的磁性，但这种磁性与温度有关，随着铁磁物质温度的升高，金属点阵热运动的加剧会影响磁畴磁矩的有序排列，但在未达到一定温度时，热运动不足以破坏磁畴磁矩的平行排列，此时任何宏观区域的平均磁矩仍不为零，物质仍具有磁性，只是平均磁矩随温度升高而减小。
四探针操作规范范文
四探针操作规范范文一、引言四探针操作是一种用于测试材料电学特性的方法，它通过测量材料的电流和电压来确定材料的电阻率、电导率和电阻等重要参数。
四探针操作具有高精度、非破坏性和简便的特点，在材料科学、电子工程和物理学等领域有着广泛的应用。
为确保四探针操作的准确性和可靠性，制定本操作规范。
二、仪器和设备准备1.确保四探针操作所需仪器设备的正常工作。
包括四探针测试仪、电源、数字多表、采样电阻和测试样品等。
2.检查四探针测试仪的校准情况，保证其测量精度符合要求。
3.根据测试需求选择合适的采样电阻，并确保其电阻值稳定、接触良好。
三、测试样品的准备和处理1.选择合适的测试样品，根据材料的特性和测试需求决定样品的形状和尺寸。
2.确保样品表面洁净，去除可能影响测量的尘埃、油污和氧化物等，可以使用专用清洗剂进行清洗。
3.在测试样品表面涂覆一层导电涂层，以确保四探针与样品表面之间有良好的电接触。
常用的导电涂层有铜粉、银膏等。
四、操作步骤1.将测试样品放置在四探针测试台上，并进行样品的定位和固定，保证测试过程中样品的稳定性。
2.将四个探针分别插入测试样品的四个角，探针与样品表面之间的接触点应均匀分布，并保持与样品表面垂直。
3.打开四探针测试仪和电源，调节电源输出电压和电流为预设值。
4.根据四探针测试仪的操作手册进行操作，选取测量模式和参数，并开始测试。
5.测试过程中，避免干扰源的影响，如电磁场、阳光直射等。
6.测量完成后，关闭四探针测试仪和电源，拔出探针和测试样品。
五、数据处理和分析1.将四探针测试仪测得的原始数据导入计算机，并进行数据清洗和去噪，去除异常值和噪声干扰。
2.根据导出的数据文件，计算样品的电阻率、电导率和电阻等参数。
3.根据测试需求，对数据进行统计和分析，得出相应的结论。
六、数据记录和报告1.将实验过程中的操作步骤、测试参数和结果等详细记录，并保存原始数据文件。
2.撰写实验报告，包括实验目的、原理、方法、结果和讨论等内容。
四探针操作手册
南开大学 硅光电子学与储能实验室Four-Point Probe Operation | 2011四探针操作手册四探针操作说明书Four-Point Probe Operation 第1章引言 (1)1. 目的 (1)2. 应用范围 (1)3. 测试设备 (1)四探针 (1)数字电压源表 (2)第2章原理简述 (3)1. 薄膜(厚度≤4mm)电阻率： (3)2. 薄膜方块电阻 (3)第3章操作方法 (5)1. 引言 (5)2. 测试线连接方式 (5)3. KEITHLEY 2400高压源表设置指南 (6)4. 探针接触方式 (8)5. 数据测试指南 (8)第4章注意事项 (10)附表 (I)第1章引言1.目的本说明书主要介绍用四探针法测试薄膜方块电阻及电阻率的原理及具体操作方法。
2.应用范围测量参数：方块电阻，电阻率测量样品：均匀薄膜，均匀薄片方块电阻测试范围：0.01Ω～500MΩ电阻率测试范围：10-5Ω∙cm～103Ω∙cm样品大小：直径>1cm精度：<±5%3.测试设备四探针生产厂商：广州四探针有限公司RTS-2型基本指标：间距：1±0.01mm；针间绝缘电阻: ≥1000MΩ；机械游移率: ≤0.3％；探针：碳化钨或高速钢材质，探针直径Ф0.5mm；探针压力：5～16 牛顿(总力)；使用环境：温度:：23±2℃；相对湿度：≤65％；无高频干扰；无强光直射；基本参数：Fsp=0.1探针间距：1.0mm数字电压源表生产厂商：KEITHLEY 2400高压源表技术参数：准确度：0.012％功率：20w型号：2400品牌：吉时利测量范围：可选高电压（1100V）或大电流（3A）源/测量（A）KEITHLEY2400通用型源表,最大可测量200V的电流和1A的电流，输出功率20W.主要特点及优点:设计用于高速直流参数测度2400系列提供宽动态范围：10pA to 10A, 1μV to1100V, 20W to 1000W四象限工作0.012%的精确度，51/2 的分辨率可程控电流驱动和电压测量钳位的6位线电阻测量在4 1/2 数位时通过GPIB达1700读数/秒内置快速失败/通过测试比较器可选接触式检查功能数字I/O提供快速分选与机械手连接GPIB, RS-232, 和触发式连接面板TestPoint and LabVIEW驱动第2章原理简述将四根排成一条直线的探针以一定的压力垂直地压在被测样品表面上，在1、4 探针间通以电流I(mA)，2、3 探针间就产生一定的电压V(mV)(如图1)。
方块电阻测量
(1.9)
图 1.3 直线型四探针
修正系数 B0 与样品尺寸及所处条件的关系见表 1.1 和表 1.2。 另一种情况是极薄样品，即样品厚度 d 比探针间距小很多，而横向尺寸为无穷大，如图 1.4 所示，类似上面对半无穷大样品的推导，很容易得出当 r12 =r23=r34 =S 时，极薄样品的电阻率为
V V23 4.5324 d 23 d I ln 2 I
(1.10)
当片状样品不满足极薄样品条件时， 仍需按式(1.9)计算电阻率 ρ， 其修正系数 B0 列于表 1.3 中。 四探针法在半导体工艺中还普遍用来测量扩散层的薄层电阻，由于 pn 反向结的隔离作用， 扩散层下的衬底可视为绝缘层，若样品扩散层厚度这小于探针间距 S，横向尺寸无限大，则薄 层电阻又称为方块电阻，其定义就是表面为正方形的半导体薄层，在电流方向所呈现的电阻， 见图 1.4，单位为 Ω /□。 所以
Ω /□
选取测试电流 I：I＝F(D/S) ×F(W/S) ×FSP 然后计算出测试电流值：I＝A.BCD。 在仪器上调整 W1 和 W2 ，使测试电流显示值为“□ABCD ” 。当选取不同的电流量程时，测 试电流显示值与实际电流值的关系如表 3 。 按以上方法调整电流后，按 K6 键选择“R□/ρ ” ，按 K5 键选择“R□” ，仪器则直接显示测 量结果（Ω /□） 。
2
I 2 I 2
1 1 r r 12 24 1 1 r r 13 34
1
(1.4)
3
(1.5) 图 1.2 任意位置的四探针
探针 2、3 间电位差为
V23 2 3
I 2
1 1 1 1 r r 12 24 r13 r34
四点探针测试技术44页
整体式微观四点探针测试系统特点
优点
1.结构简单； 1.测试稳定性好； 3.单悬臂式相对于四悬臂式测试稳定性聚焦好；
缺点
探针间距固定，灵活性较差，仅能实现直线式测量；
微观十二点探针：具有探针可调功能
图14.市场化的微观十二点 探针，采用四点测试模式 时最小探针间距1.5μm ， Capres A/S制造。
1 测试理论
报告 内容
2 研究进展
3 探针制备
四探针测试仪
最常见四探针测试仪为RTS和RDY系列。
测试探针 被测样品
图1.RTS-8型四探针测试仪（左）、 SDY-5型死探针测试仪（右）
四探针测试仪
图2. RTS-8型四探针电气原理图
发展历史
1865年 汤姆森 首次提出四探针测试原理； 1920年 Schlunberger 第一次实际应用，测量地球电阻
率；
1954年 Valdes 第一次用于半导体电阻率测试； 1980年代 具有Mapping技术的四点探针出现； 2019年 Pertersen 开发出首台微观四点探针
四探针传统应用
图3.四探针技术的传统应用
四探针测试原理
图 5.四探针测试原理图
四根等距探针竖直的排成一排，同 时施加适当的压力使其与被测样品 表面形成欧姆连接，用恒流源给两 个外探针通以小电流I，精准电压表 测量内侧两探针间电压V，根据相 应理论公式计算出样品的薄膜电阻 率
商业化微观四点探针
图12. 瑞士Capres A/S制造的四 点探针，最小探针间距5微米 图11.市场化微观四点探针测试仪
整体式微观四点探针测试系统
基于AFM的整体式微观四点探针系统
四点探针量测仪(FPP)使用操纵说明材料
四點探針量測儀使用操作手冊作者：余沐榮, 光電碩一, 分機: 4692 ( 2007 / 7 / 30 )四點探針量測儀(Four-Point Probe)可以測量導體及半導體的電阻。
本設備主要用途為量測半導體薄膜電阻，即片電阻係數(Sheet Resistivity)，單位為Ω/ 或ohms per square。
(符號 代表對一片面積做量測，並不是代表cm2)可量測樣品規格為: (1) 2吋至6吋晶圓(表面須為平整的導電薄膜)(2) 破片: 至少2公分見方以上操作步驟如下:打開靠近四點探針儀側面(右手邊)的電源開關，接著按下電腦Power ON 鍵後，隨即進入主畫面。
測量破片時，請勿將待測樣品置於狹縫之中，以避免探針損壞，如下圖所示: 進入畫面後，點選Yes。
打開開關Power ON樣品樣品點選選單中的Password → Log ON →鍵入Shift + 123→ OK。
點選選單中的Utilities → Control 進入操作介面。
如下所示:Cassette 操作介面沒有作用(勿動)。
ProbeArm : 調整探針懸臂的移動位置Position : 調整懸臂前進與後退(透過左右箭頭)(上下箭頭)則是移動的間距，以便進行微調Home : 驅動探針懸臂馬達回到開機前的位置ChunkRot : 調整吸盤(置放待測樣品的平台)的移動位置Position : 調整吸盤的位置(R為逆時針旋轉，T為順時針) (上下箭頭)則是移動的間距，以便進行微調Home : 驅動吸盤馬達回到原位置ChunkElev : 調整探針懸臂的移動位置Position : 調整懸臂向上與向下移動(控制升降)(上下箭頭)則是移動的間距，以便進行微調Home : 驅動探針懸臂馬達回到原位置舉例: 上述的動作也可以透過點選( Probe To →R = 60 mmTh(角度) = 50 deg → OK ) 來加以調整探針與吸盤的相對位置(以不互相碰撞為原則)。
组合教学用4探针电阻测试仪
摘要 随着实验室教学仪器配置和性能的进展，本文从四探针法测量电阻率的原 理出发，探讨了仪器设计方案和制作方法，利用目前实验教学中的常规仪器和 自制的配件，组合出了可以用于实验教学以及一般性科学研究的四探针电阻测 试仪。通过对仪器的测试性能进行分析，表明完全可以胜任一般的科研和教学 需要。 关键词：电阻率，四探针法，误差分析
1. 引言 电阻率是材料科学研究中比较重要的参数之一，特别是对于半导体材料， 电阻率的大小是选择材料、控制工艺条件和设计器件的重要依据。因此，电阻 和电阻率的测试是比较重要的测试技术，然而由于接触电阻，特别是非欧姆接 触（如肖特基势垒，非平衡载流子注入效应）的存在，使得通常使用的伏安法 无能为力。为了尽量消除这些接触电阻带来的麻烦，通常采用的方法有探针测 试、C-V 测试和霍尔测试等方法，在这些方法中，四探针法比较简单易行，特 别是测量导电薄膜材料的电阻率。 虽然四探针测试仪早已被科研和工业中广泛使用，但是对于实验教学来 说，存在投入成本较高等不利因素，因此未能得到推广。四探针法的原理虽然 比较简单，组合和搭建四探针测试仪也更加有利于通过感性认识和知识构建来 提高教学效果，然而，在过去，由于高精度和高稳定性的仪表比较昂贵，搭建 比较实用的教学和一般研究用的四探针测试仪也非易事。现在，能够满足搭建 所要求的性能的仪表已经属于常用仪表系列，满足需要的探针也可以很容易从 市场上获得，为了提高教学效果和方便一般性的应用。在此文章中，我们从原 理出发，介绍了如何方便、经济地组建四探针测试仪，并对组建的四探针测试 仪的主要误差来源进行了测试分析。为在教学和一般性应用领域的推广提供有 价值的参考信息。
2. 原理和方案
2.1 四探针测试的原理 为了满足不同的测试需求，四探针测试中四根探针的排列也不一样，本文 以最常见的直线等间距排列的四探针测试导电薄膜的电阻率为例。图 1 给出的 是原理图，四根探针的尖端的间距为 s，薄膜的厚度为 t。通常情况下 s >>t 。 样品的大小一般也选取在满足测试结果在误差范围之内，因此，可以近似为二 维无限大平面样品的情形来处理。
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。