探針方法測量半導體的電阻率.ppt

探針方法測量半導體的電阻率 一 實驗目的 二 實驗原理 三 儀器結(jié)構(gòu)特征 四 操作步驟 五 注意事項 六 技術(shù)參數(shù) 實驗目的 1 理解四探針方法測量半導體電阻率的原理 2 學會用四探針方法測量半導體電阻率 實驗原理 1 體電阻率測量 四探針法測量原理圖 當 四根金屬探針排成一直線時 并以一定壓力壓在半導體材料上 在 兩處探針間通過電流I 則 探針間產(chǎn)生電位差V 材料電阻率 式中 S1 S2 S3分別為探針 與 與 與 之間距 用cm為單位時的值 S1 S2 S3 1mm 每個探頭都有自己的系數(shù) C 6 28 0 05單位cm 若電流取I C時 則 V 可由數(shù)字電壓表直接讀出 探針系數(shù) 1 2 a 塊狀和棒狀樣品體電阻率測量 由于塊狀和棒狀樣品外形尺寸與探針間距比較 合乎于半無限大的邊界條件 電阻率值可以直接由 式求出 b 簿片電阻率測量簿片樣品因為其厚度與探針間距比較 不能忽略 測量時要提供樣品的厚度形狀和測量位置的修正系數(shù) 電阻率值可由下面公式得出 式中 0為塊狀體電阻率測量值 W 為樣品厚度 um S 探針間距 mm G W S 為樣品厚度修正函數(shù) 可由附錄IA或附錄1B查得 D d S 為樣品形狀和測量位置的修正函數(shù) 可由附錄 查得 W S 0 5時 實用 當圓形硅片的厚度滿足W S 0 5時 電阻率為 2 帶擴散層的方塊電阻測量當半導體薄層尺寸滿足于半無限大時 若取I 4 53I0 I0為該電流量程滿度值 則R0值可由數(shù)字表中直接讀出的數(shù)乘上10后得到 儀器結(jié)構(gòu)特征 數(shù)字式四探針測試儀主體部分由高靈敏度直流數(shù)字電壓表 恒流源 電源 DC DC電源變換器組成 為了擴大儀器功能及方便使用 還設立了單位 小數(shù)點自動顯示電路 電流調(diào)節(jié) 自校電路和調(diào)零電路 儀器電源經(jīng)過DC DC變換器 由恒流源電路產(chǎn)生一個高穩(wěn)定恒定直流電流 其量程為10 A 100 A 1mA 10mA 100mA 數(shù)值連續(xù)可調(diào) 輸送到 探針上 在樣品上產(chǎn)生一個電位差 此直流電壓信號由 探針輸送到電氣箱內(nèi) 具有高靈敏度 高輸入阻抗的直流放大器中將直流信號放大 放大量程有0 2mV 2mV 20mV 200mV 2V 再經(jīng)過雙積分A D變換將模擬量變換為數(shù)字量 經(jīng)由計數(shù)器 單位 小數(shù)點自動轉(zhuǎn)換電路顯示出測量結(jié)果 為克服測試時探針與樣品接觸時產(chǎn)生的接觸電勢和整流效應的影響 本儀器設立有 粗調(diào) 細調(diào) 調(diào)零電路能產(chǎn)生一個恒定的電勢來補償附加電勢的影響 儀器自較電路中備有精度為0 02 阻值為19 96 的標準電阻 作為自校電路的基礎 通過自校電路可以方便地對數(shù)字電壓表精度和恒流源進行校準 在半導體材料斷面測量時 直徑范圍 15 100mm 其高度為400mm 如果要對大于400mm長單晶的斷面測量 可以將座體的V型槽有機玻璃板取下 座體設有一個腰形孔 用戶可以根據(jù)需要增設支襯墊塊使晶體長度向臺下延伸 以滿足測量長單晶需求 測試架有專門的屏蔽導線插頭與電氣箱聯(lián)結(jié) 實驗步驟 1 測試準備 電源開關(guān)置于斷開位置 工作選擇置于 短路 電流開關(guān)處于彈出切斷位置 將測試樣品放在樣品架上 調(diào)節(jié)高度手輪 使探針能與其表面保持良好接觸 2 打開電源并預熱 小時 3 極性開關(guān)置于上方 工作狀態(tài)選擇開關(guān)置于 短路 撥動電流和電壓量程開關(guān) 置于樣品測量所合適的電流 電壓量程范圍 調(diào)節(jié)電壓表的粗調(diào)細調(diào)調(diào)零 使顯示為零 4 將工作選擇檔置于 自校 使電流顯示出 各量程數(shù)值誤差為 字 5 將工作選擇檔置于 調(diào)節(jié) 電流調(diào)節(jié)在I 6 28 C C為探針幾何修正系數(shù) 顯示板2 單位顯示燈3 電流量程開關(guān)4 工作選擇開關(guān) 短路 測量 調(diào)節(jié) 自校選擇 5 電壓量程開關(guān)6 輸入插座7 調(diào)零細調(diào)8 調(diào)零粗調(diào)9 電流調(diào)節(jié)10 電源開關(guān)11 電流選擇開關(guān)12 極性開關(guān) 測量電阻時 可以按表所示的電壓電流量程進行選擇 6 工作狀態(tài)選擇開關(guān)置于 測量 按下電流開關(guān)輸出恒定電流 即可由數(shù)字顯示板和單位顯示燈直接讀出測量值 再將極性開關(guān)撥至下方 負極性 按下電流開 讀出測量值 將兩次測量值取平均 即為樣品在該處的電阻率值 關(guān)如果 極性發(fā)出閃爍信號 則測量數(shù)值已超過此電壓量程 應將電壓量程開關(guān)撥到更高檔 讀數(shù)后退出電流開關(guān) 數(shù)字顯示恢復到零位 每次更換電壓 電流量程均要重復3 5步驟 注意事項 1 電流量程開關(guān)與電壓量程開關(guān)必須放在下表所列的任一組對應的量程 2 電阻 V I 測量 用四端測量夾換下回探針測試架 按下圖接好樣品 選擇合適的電壓電流量程 電流值調(diào)到10 00數(shù)值 讀出數(shù)值為實際測量的電阻值 3 方塊電阻測量 電流調(diào)節(jié)在4 53時 讀出數(shù)值 10倍為實際的方塊電阻值 4 薄片電阻率測量 當薄片厚度 0 5mm時 按公式 3 進行 當薄片厚度 0 5mm時 按公式 4 進行 5 儀器在中斷測量時應將工作選擇開關(guān)置于 短路 電流開關(guān)置