实验四四探针
四探针法测电阻率原理
四探针法测电阻率原理
四探针法是一种常用的测量材料电阻率的方法，它通过在材料
表面施加四个电极来测量材料的电阻率。
这种方法可以减少电极接
触电阻对测量结果的影响，提高了测量的准确性。
下面我们将详细
介绍四探针法的原理和测量步骤。
首先，让我们来了解一下四探针法的原理。
四探针法利用了电
流在材料中的传播规律，通过在材料表面施加四个电极，其中两个
电极用于施加电流，另外两个电极用于测量电压。
通过测量施加电
流时的电压差，可以计算出材料的电阻率。
由于四个电极相互独立，可以减少电极接触电阻对测量结果的影响，提高了测量的准确性。
接下来，我们来介绍四探针法的测量步骤。
首先，需要在待测
材料表面选择四个位置，分别施加四个电极。
然后，通过两个电极
施加电流，另外两个电极测量电压。
在测量电压时，需要注意电极
与材料表面的接触质量，以确保测量结果的准确性。
最后，根据测
量得到的电流和电压数据，可以计算出材料的电阻率。
四探针法测量电阻率的原理简单清晰，操作也相对容易。
通过
这种方法可以有效地减少电极接触电阻对测量结果的影响，提高了
测量的准确性。
因此，在科学研究和工程应用中得到了广泛的应用。
总的来说，四探针法是一种有效测量材料电阻率的方法，它利
用了电流在材料中的传播规律，通过在材料表面施加四个电极来测
量材料的电阻率。
这种方法可以减少电极接触电阻对测量结果的影响，提高了测量的准确性。
希望通过本文的介绍，能让大家对四探
针法有一个更深入的了解。
四探针法测电阻率原理
四探针法测电阻率原理四探针法是一种常用的测量材料电阻率的方法，它通过在材料表面使用四根探针进行电阻率测量，可以得到较为准确的电阻率数值。
四探针法的原理相对简单，但是在实际操作中需要注意一些细节，下面将详细介绍四探针法测电阻率的原理及其操作步骤。
首先，让我们来了解一下四探针法的原理。
四探针法是利用四个电极进行电阻率测量的方法，其中两个电极用于加电流，而另外两个电极则用于测量电压。
通过这种方式，可以消除电极接触电阻对测量结果的影响，从而得到较为准确的电阻率数值。
在进行测量时，需要保持电流电极之间的距离小于电压电极之间的距离，以确保电流在电压电极之间均匀分布，从而避免测量误差。
在实际操作中，四探针法的测量步骤如下，首先，将四个探针分别插入待测材料表面，其中两个探针用于加电流，另外两个探针则用于测量电压。
接下来，通过外部电源向电流探针施加一定电流，同时使用电压表测量电压探针之间的电压。
根据欧姆定律，通过测量得到的电流和电压值，可以计算出材料的电阻率。
四探针法测量电阻率的优点在于可以消除电极接触电阻对测量结果的影响，从而得到较为准确的电阻率数值。
此外，四探针法适用于各种材料的电阻率测量，包括金属、半导体和导体等材料。
因此，四探针法在科研和工程领域中得到了广泛的应用。
总之，四探针法是一种常用的测量材料电阻率的方法，通过在材料表面使用四个探针进行电阻率测量，可以得到较为准确的电阻率数值。
在实际操作中，需要注意保持电流电极之间的距离小于电压电极之间的距离，以确保电流在电压电极之间均匀分布，从而避免测量误差。
四探针法测量电阻率的优点在于可以消除电极接触电阻对测量结果的影响，适用于各种材料的电阻率测量，因此在科研和工程领域中得到了广泛的应用。
四探针法测量半导体电阻率及薄层电阻
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，则所产生的电力线具有球面的对称性， 即等位面为一系列以点电流为中心的半
球面，如图 2-1 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：
j= I 2πr 2
（2-1）
若 E 为ｒ处的电场强度， 则
E = jρ = Iρ 2πr2
2
r12
1 r13
3
r34
4
r24
ss s
12
3
4
图 2-2 任意位置的四探针
图 2-3 直线型四探针
ρ = V23 2πS I
（2-9）
2-9 式就是常见的直流四探针 (等间距) 测量电阻率的公式， 也是本实验要用的测量公式之 一。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。
包围。同样需要注意的是当片状样品不满足极薄样品的条件时，仍需按式(2.10)计算电阻
率P。其修正系数Bo列在表 2.3 中。
2. 扩散层的薄层电阻
半导体工艺中普遍采用四探针法测量扩散层的薄层电阻，由于反向 pn 结的隔离作
用，扩散层下的衬底可视为绝缘层，对于扩散层厚度(即结深 Xj)远小于探针间距 S，而横
向尺寸无限大的样品，则薄层电阻率为：
s d
d 2d
ρ = 2π s × V
B0
I
s d
B0
s d
0.1
1.0009
0.6
B0
s d
1.1512
1.2
B0 1.7329
0.2
四探针法的基本原理
四探针法的基本原理
四探针法是一种常用的测量电阻的方法，它的基本原理是利用四个电极探针同时接触待测物体的表面，通过测量电流和电压，计算出物体的电阻值。
四探针法主要利用了电流通过导体时会引起电压降的原理。
在该测量方法中，有一个固定电流源，将一定大小的电流通过待测物体的表面，同时四个探针分别接触物体的四个不同位置。
这四个探针中的两个被用作电流引入，另外两个则用于电压测量。
当电流流过物体时，会在物体内产生电流流向相反的电势差，即电压降。
在探针中测量到的电压值，正是由于电流通过导体时所引起的电压降。
通过测量探针之间的电压差和流经物体的电流值，可以利用欧姆定律计算出物体的电阻值。
与其他电阻测量方法相比，四探针法能够有效消除探针和待测物体之间的接触电阻和电流分布的影响，从而提高测量的准确性。
此外，四探针法还能够测量较小尺寸的样品，因为它不需要通过样品中心点进行电流引入。
总之，四探针法是通过测量电压和电流，利用欧姆定律计算出物体的电阻值的一种测量方法，它消除了探针接触电阻和电流分布对测量结果的影响，具有较高的测量精度和适用范围。
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。
四探针测试电阻率和方块电阻的实验教案
四探针测试电阻率和方块电阻的实验教案第一篇：四探针测试电阻率和方块电阻的实验教案《四探针测试电阻率和方块电阻》的实验教案一、实验教学目的通过该实验，通过让学生测试不同样品的电阻率和方块电阻。
增强学生的实际动手能力，加深对电阻率和方块电阻的认识，为将来从事微电子相关的研究和测试方面的工作打好基础。
二、实验教学原理及要求1、实验教学原理电阻率是决定半导体材料电学特性的重要参数，它为自由载流子浓度和迁移率的函数。
半导体材料电阻率的测量方法有多种，其中四探针法具有设备简单、操作方便、测量精度高，以及对样品的形状无严格的要求等优点，是目前检测半导体材料电阻率的主要方法。
直线型四探针法是用针距为s（通常情况s=1mm）的四根金属同时排成一列压在平整的样品表面上，如图1所示，其中最外部二根（图1中1、4两探针）与恒定电流源连通，由于样品中有恒电流I通过，所以将在探针2、3之间产生压降V。
图1测量方阻的四探针法原理对半无穷大均匀电阻率的样品，若样品的电阻率为ρ，点电流源的电流为I，则当电流由探针流入样品时，在r处形成的电势V(r)为V(r)=Iρ………………………(1)2πr同理，当电流由探针流出样品时，在r处形成的电势V(r)为V(r)=-Iρ...........................(2)2πr可以看到，探针2处的电势V2是处于探针点电流源+I 和处于探针4处的点电流源-I贡献之和，因此：Iρ11V2=(-) (3)2πs2s同理，探针3处的电势V3为V3=Iρ11(-)……………………(4)2π2ss 探针2和3之间的电势差V23为V23=V2-V3=Iρ………………..(5)2πs由此可得出样品的电阻率为V ρ=2πs23 (6)I从式（1）至式（6），对等距直线排列的四探针法，已知相连探针间距s，测出流过探针1和探针4的电流强度I、探针2和探针3之间的电势差V23，就能求出半导体样品的电阻率ρ。
四探针方法测电阻率(原理公式推导)课件
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10
<三> 仪器结构特征
• 数字式四探针测试仪主体部分由高灵敏度直流 数字电压表、恒流源、电源、DC-DC电源变换 器组成。为了扩大仪器功能及方便使用，还设 立了单位、小数点自动显示电路、电流调节、 自校电路和调零电路。
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• 仪器电源经过DC-DC变换器，由恒流源电路产生一 个高稳定恒定直流电流，其量程为10μA、100μA、 1mA、10mA、100mA，数值连续可调，输送到１、 ４探针上，在样品上产生一个电位差，此直流电压 信号由２、３探针输送到电气箱内。具有高灵敏度、 高输入阻抗的直流放大器中将直流信号放大（放大 量程有0.2mV、2mV、20mV 、200mV、2V），再经 过双积分A/D变换将模拟量变换为数字量，经由计数 器、单位、小数点自动转换电路显示出测量结果。
1mA
200mΩ 2Ω 20Ω 200Ω 2kΩ
100μA
2Ω 20Ω 200Ω 2kΩ 20kΩ
10μA
20Ω 200Ω 2kΩ 20kΩ 200kΩ
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6、工作状态选择开关置于“测量”，按下电流开关输 出恒定电流，即可由数字显示板和单位显示灯直接读 出测量值。再将极性开关拨至下方（负极性），按下 电流开，读出测量值，将两次测量值取平均，即为样 品在该处的电阻率值。关如果“±”极性发出闪烁信 号，则测量数值已超过此电压量程，应将电压量程开 关拨到更高档，读数后退出电流开关，数字显示恢复 到零位。每次更换电压、电流量程均要重复35步骤。
• R=p*l/s(p—电阻率查表求；l—电阻长度；s—与 电流垂直的电阻截面面
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（a）块状和棒状样品体电阻率测量：
四探针 电阻
四探针电阻四探针电阻是一种常用的测量电阻值的手段，使用四个电极（探针）将电流引入和退出待测电阻，通过测量电压和电流的关系来计算电阻值。
这种测量方法具有可靠、精确、方便的特点，在电子电路设计、工程实验等领域有着广泛的应用。
四探针电阻测量原理是利用电流和电压之间的欧姆定律关系，即电阻等于电压除以电流。
四探针电阻测量通过采用四个探针，两个探针用于引入电流，另外两个探针用于测量电压。
这样可以在测量过程中减少电路接触电阻和电流扩散引起的误差，提高测量精度。
在四探针电阻测量中，两个电流引入探针被称为A和B探针，两个电压测量探针被称为C和D探针。
A和B探针之间施加一个恒定电流，测量C和D探针之间的电压。
通过测量电流和电压值，可以根据欧姆定律计算出待测电阻的值。
四探针电阻测量中，电流引入探针A和B需要与待测电阻进行良好的接触，以保证电流的准确引入。
而电压测量探针C和D则需要与待测电阻进行良好的接触，以保证电压的准确测量。
为了减小接触电阻和电流扩散的影响，探针应该尽量细小，且操作时要避免施加过大的力。
通常，四探针电阻测量可以使用特定的仪器来实现。
这种仪器一般由一个电流源和一个电压测量仪组成，控制器通过电流源将恒定电流引入待测电阻，然后测量电压测量仪读取C和D探针之间的电压值。
根据读取的电流和电压值，计算机可以通过欧姆定律得到电阻值，并进行显示或保存。
四探针电阻测量可以应用于各种电阻值的测量。
无论是小到几个Ω的电阻，还是大到几百Ω的电阻，都可以通过四探针电阻测量来进行准确测量。
这种测量方法对于电阻值精度要求较高的领域，如科学研究和高精度工程实验中特别有用。
四探针电阻测量的优点在于减小了接触电阻和电流扩散的误差，提高了测量精度。
同时，它不依赖于待测电阻的形状和大小，只需要正确的连接电极即可。
此外，四探针电阻测量也可以应用于测量电阻温度系数和接触电阻等其他参数。
综上所述，四探针电阻测量是一种可靠、精确、方便的测量电阻值的方法。
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学院物理与光电工程学院专业电子科学与技术班级4班
姓名周格学号3107009255
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实验四四探针法测半导体材料电阻率及方块电阻
一、实验目的
1、掌握四探针法测量半导体材料电阻及方块电阻的基本原理和方法：
2、了解影响测试精度的诸因素。
二、实验内容和要求
1、了解SDY-4型探针测试仪的性能及使用方法；
2、利用SDY-4型探针测试仪测量半导体材料的电阻率及方块电阻；
三、实验主要仪器设备和材料
SDY-4型探针测试仪；被测硅片；
四、实验方法、步骤
1、实验方法
（1）、测量电阻率
设一半导体单晶材料，其大小与厚度相对于探针之间的距离可视为无限大，四极探针在一直线上且间距相等，探针与样品成点接触。
首先，考虑探针的情况，一极探针与半导体表面接触于A点，电流由探针注入，可
视为点电荷。
由静电学可知，其等位面为球面，其电流密度均匀分布且为：
由欧姆定律的微分形式，可得到电场强度
因此，距点电荷r处的电位为
如果电流时从半导体流向探针，电流为负，其r处的电位
在此基础上，再考虑四探针的情况。
探针2处的电位为：
同理探针3处的电位为：
则探针2与3之间的电位差：
此即四探针法测电阻率的通用公式。
为了计算方便，使,上式可简化为：
上式适用于棒材，若实际样品不满足这一条件，则必须修正。
对薄片及探针离样品边距小于4S的样品进行计算点电流源形成的电位分布，得出电阻率的表达式为：
式中C为修正子值。
测量厚度小于S/2的有限大小的圆片及长方形薄片，关系式为：,其中
厚度W≤S/2
在实际测量中：,
即
（2）、测量方块电阻
一块均匀导体的电阻R正比于长L，反比于间截面积S。
如果导体的宽为a,厚为b是一个薄层。
它的电阻
R=L/s=L/ba
当L＝a时；上式可写成
＝/b
称为方块电阻（或薄层电阻），单位为Ω/口，它与边长无关。
设单探针电流通过探针流进扩散层，以圆形方式沿样品表面散开，距探针r处的平均电流密度
J=I/2r
电流I在半径r处通过高为的圆柱面而流散开，其总面积为2r。
r处的电场强度
因此r处的电位/
式中的常数由电位零点的选取决定。
若电流方向从探针流出的，则电流方向相反，相应的电位函数是
/
用四探针法测量，电流从探针1流入，从探针4流出，电位为上述两种情况迭加
＝）/2+常数
式中，分别表示距离探针1和4的距离，上式只决定于.当探针间距离为S时，对于探针2则有,.其电位
＝/2+常数
对于探针3，，其电位
＝/2+常数
实际测量的电压是探针2、3的电位差：
V=-=/
所以方块电阻＝/=4.532V/I
此式适用于样品的几何尺寸与探针间距离为无穷大的平面，否则必须修正，修正式为
＝CV/I
上式中C为修正因子，与薄层的几何尺寸及样品属单面扩出或双面扩散有关，一般有
C=F(W/S)
F(D/S)
2、实验步骤
（1）对样品的要求是：几何尺寸与探针间距相比为无穷大；样品表面平整、粗糙而清洁被测区域电阻率是均匀的。
（2）测量薄圆片的电阻率和薄方块电阻R口
根据公式，测出相应的参数后代入公式，算出C值。
按K6键，使电流指示灯亮，调节旋钮W1,W2，使电流显示值与C W的值一样，
F(W/S)F(D/S)＝1
根据公式有
＝V
此时再按K6,使电流指示灯亮，再按K5,电阻率指示灯亮，主机上显示的数值即是电压值也是测量点的电阻率。
按K6键，使电流指示灯亮，调节旋钮W1和W2,使电流显示值与C一样，即F(W/S)F(D/S)＝1
根据公式有＝V
此时再按K6键，电压指示灯亮，再按K5键，方块电阻指示灯亮，主机上显示的数值即是电压值也是测量点的方块电阻。
为消除接触电阻及热效应引起的误差，需改变电流方向，重复测量后取平均值。
数据处理：
W：0.42mm D：48.28mm
S: 1.001mm Fsp：1.000mm
W/S=0.42/1.001=0.4196 D/S=42.28/1.001=42.2378
F(w/s)：0.994
中心77.50 半径中心边缘
77.55 72.73
78.36 72.30 78.25 72.54。