四探針操作手冊(cè)

1、南開(kāi)大學(xué) 硅光電子學(xué)與儲(chǔ)能實(shí)驗(yàn)室Four-Point Probe Operation | 2011四探針操作手冊(cè)四探針操作說(shuō)明書(shū)Four-Point Probe Operation第1章引言11.目的12.應(yīng)用范圍13.測(cè)試設(shè)備1Ø四探針1Ø數(shù)字電壓源表2第2章原理簡(jiǎn)述31.薄膜(厚度4mm)電阻率：32.薄膜方塊電阻3第3章操作方法51.引言52.測(cè)試線連接方式53.KEITHLEY 2400高壓源表設(shè)置指南64.探針接觸方式85.數(shù)據(jù)測(cè)試指南8第4章注意事項(xiàng)10附表I第1章 引言1. 目的本說(shuō)明書(shū)主要介紹用四探針?lè)y(cè)試薄膜方塊電阻及電阻率的原理及具體操作方法。2. 應(yīng)用

2、范圍測(cè)量參數(shù)：方塊電阻，電阻率測(cè)量樣品：均勻薄膜，均勻薄片方塊電阻測(cè)試范圍：0.01500M電阻率測(cè)試范圍：10-5cm103cm樣品大?。褐睆?gt;1cm精度：<±5%3. 測(cè)試設(shè)備Ø 四探針生產(chǎn)廠商：廣州四探針有限公司RTS-2型基本指標(biāo)：間距：1±0.01mm；針間絕緣電阻: 1000M；機(jī)械游移率: 0.3；探針：碳化鎢或高速鋼材質(zhì)，探針直徑0.5mm；探針壓力：516 牛頓(總力)；使用環(huán)境：溫度:：23±2； 相對(duì)濕度：65； 無(wú)高頻干擾； 無(wú)強(qiáng)光直射；基本參數(shù)：Fsp=0.1探針間距：1.0mmØ 數(shù)字電壓源表生產(chǎn)廠商：K

3、EITHLEY 2400高壓源表技術(shù)參數(shù)：準(zhǔn)確度：0.012 功率：20w 型號(hào)：2400 品牌：吉時(shí)利 測(cè)量范圍：可選高電壓（1100V）或大電流（3A）源/測(cè)量（A） KEITHLEY2400通用型源表,最大可測(cè)量200V的電流和1A的電流，輸出功率20W.主要特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn): 設(shè)計(jì)用于高速直流參數(shù)測(cè)度2400系列提供寬動(dòng)態(tài)范圍：10pA to 10A, 1V to 1100V, 20W to 1000W四象限工作0.012%的精確度，5 1/2 的分辨率可程控電流驅(qū)動(dòng)和電壓測(cè)量鉗位的6位線電阻測(cè)量 在4 1/2 數(shù)位時(shí)通過(guò)GPIB達(dá)1700讀數(shù)/秒 內(nèi)置快速失敗/通過(guò)測(cè)試比較器 可選接觸式檢

4、查功能 數(shù)字I/O提供快速分選與機(jī)械手連接 GPIB, RS-232, 和觸發(fā)式連接面板 TestPoint and LabVIEW驅(qū)動(dòng)IV第2章 原理簡(jiǎn)述Figure Error! No text of specified style in document.Error! Main Document Only.直線四探針?lè)y(cè)試原理圖將四根排成一條直線的探針以一定的壓力垂直地壓在被測(cè)樣品表面上，在 1、4 探針間通以電流 I(mA)，2、3 探針間就產(chǎn)生一定的電壓 V(mV)(如圖1)。測(cè)量此電壓并根據(jù)測(cè)量方式和樣品的尺寸不同，可分別按以下公式計(jì)算樣品的電阻率、方塊電阻、電阻： 1. 薄膜(厚

5、度4mm)電阻率：其中：D樣品直徑，單位：cm或mm，注意與探針間距S單位一致；S平均探針間距，單位：cm或mm，注意與樣品直徑D單位一致(四探針頭合格證上的S值)；W樣品厚度，單位：cm，在F(W/S)中注意與S單位一致；Fsp探針間距修正系數(shù)(四探針頭合格證上的F值)；F(D/S)樣品直徑修正因子。當(dāng)D時(shí)，F(xiàn)(D/S)=4.532，有限直徑下的F(D/S)由附表 1查出：F(W/S)樣品厚度修正因子。W/S<0.4時(shí)，F(xiàn)(W/S)=1；W/S>0.4時(shí)，F(xiàn)(W/S)值由附表 2查出；R源表測(cè)量電阻值，單位；2. 薄膜方塊電阻其中：D樣品直徑，單位：cm或mm，注意與探針間距S單

6、位一致；S平均探針間距，單位：cm或mm，注意與樣品直徑D單位一致(四探針頭合格證上的S值)；W樣品厚度，單位：cm，在F(W/S)中注意與S單位一致；Fsp探針間距修正系數(shù)(四探針頭合格證上的F值)；F(D/S)樣品直徑修正因子。當(dāng)D時(shí)，F(xiàn)(D/S)=4.532，有限直徑下的F(D/S)由附表 1查出：F(W/S)樣品厚度修正因子。W/S<0.4時(shí)，F(xiàn)(W/S)=1；W/S>0.4時(shí)，F(xiàn)(W/S)值由附表 2查出；R源表測(cè)量電阻值，單位；第3章 操作方法1. 引言電阻測(cè)量采用KEITHLEY 2400高壓源表測(cè)量，參照4探針測(cè)試原理，源表設(shè)置應(yīng)采用4線感應(yīng)模式（4W AUTO）。

7、具體設(shè)置參看KEITHLEY 2400高壓源表設(shè)置指南。2. 測(cè)試線連接方式測(cè)試線采用4線連接方式。Figure 31 測(cè)試線連接方式3. KEITHLEY 2400高壓源表設(shè)置指南l 連接設(shè)備數(shù)據(jù)線，電源，開(kāi)關(guān)。l 設(shè)備顯示如Error! Reference source not found.所示。Figure 32 按 CONFIG 鍵l 按 CONFIG 鍵，設(shè)備顯示如Figure 33所示。l 按 鍵，設(shè)備顯示如Figure 34所示。l 先按 鍵，選中 SENSE-MODE 模式，按 ENTER 鍵，設(shè)備顯示如Figure 35所示。Figure 33 按 鍵Figure 34 先按

8、 鍵，選中 SENSE-MODE 模式，按 ENTER 鍵。l 先按 鍵，選中 4-WIRE 模式，按 ENTER 鍵，再按 EXIT 鍵，退出到測(cè)量窗口。l 如Figure 36所示，可看見(jiàn)上方4W AUTO字樣，設(shè)置完成。Figure 35先按 鍵，選中 4-WIRE 模式，按 ENTER 鍵。Figure 36 設(shè)備最后顯示模式，可看見(jiàn)上方4W AUTO。l 如有問(wèn)題可以查看KEITHLEY 2400高壓源表使用說(shuō)明書(shū) 設(shè)備說(shuō)明書(shū)下載。4. 探針接觸方式探針接觸應(yīng)保持一定的壓力，但不同材料的性質(zhì)不同，有些材料的電阻率會(huì)隨外加壓力變化而改變，因而測(cè)試前要依據(jù)具體的測(cè)試材料而適當(dāng)?shù)母淖兲结槈?/p>

9、力。首先用粗調(diào)鍵旋轉(zhuǎn)探針至樣品表面，略有壓力后停止。再細(xì)調(diào)一定距離，保證測(cè)量時(shí)表面讀數(shù)穩(wěn)定后即可。5. 數(shù)據(jù)測(cè)試指南待測(cè)試線連接無(wú)誤，源表設(shè)置完成，探針加到樣品表面后，可以開(kāi)始測(cè)量電阻。l 首先調(diào)節(jié)電阻測(cè)量量程。依據(jù)樣品電阻率選擇量程范圍，如Table 1 源表電阻測(cè)量量程選擇所示。Table 1 源表電阻測(cè)量量程選擇 孫以材，半導(dǎo)體測(cè)試技術(shù)，冶金工業(yè)出版社，1984。樣品電阻率范圍（cm）通過(guò)樣品電流<0.01<100 mA0.01-1<10 mA1-30<1mA30-1000<100A1000-3000<10Al 按下源表右下方的 ON/OFF 鍵，按鍵

10、變藍(lán)，測(cè)量開(kāi)始。記錄測(cè)量電阻值。l 半導(dǎo)體材料電阻率會(huì)隨電流改變而變化，因此要結(jié)合具體情況選擇合適的量程。l 根據(jù)修正公式算出方塊電阻和電阻率，測(cè)試完成。將測(cè)試得到的電阻，膜厚代入以下公式即可算出電阻率和方塊電阻。各修正系數(shù)可從附表查出，F(xiàn)sp=0.01.實(shí)例1.測(cè)量薄膜電阻為29.97（1mA檔），膜厚為187.165nm。探針間距為1.0mm，樣品直徑為100mm（圓中心測(cè)量），F(xiàn)sp為1.0。D/S=100，F(xiàn)(D/S)=4.528。W/S=1.87´10-4，F(xiàn)(W/S)=1;所以r=2.54´10-3。第4章 注意事項(xiàng)附表附表 1直徑修正系數(shù)F(D/S)與D/S值

11、的關(guān)系位置F（D/S）值 D/S值 中心點(diǎn)半徑中點(diǎn)距邊緣6mm處>2004.5322004.5314.5314.4621504.5314.5294.4611254.5304.5284.4601004.5284.5254.458764.5264.5204.455604.5214.5134.451514.5174.5054.447384.5054.4854.439264.4704.4244.418254.47022.224.45420.004.43618.184.41716.674.39515.384.37214.284.34813.334.32212.504.29411.764.26511

12、.114.23510.524.20410.004.171附表 2厚度修正系數(shù)F(W/S)與W/S值的關(guān)系W/S值F（W/S）W/S值F（W/S）W/S值F（W/S）W/S值F（W/S）<0.4001.00000.5300.99620.6650.98580.8000.96630.4000.99970.5350.99600.6700.98530.8050.96540.4050.99960.5400.99570.6750.98470.8100.96440.4100.99960.5450.99550.6800.98410.8150.96350.4150.99950.5500,99520.6850

13、.98350.8200.96260.4200.99940.5550.99490.6900.98290.8250.96160.4250.99930.5600.99460.6950.98230.8300.96070.4300.99930.5650.99430.7000.98170.8350.95970.4350.99920.5700.99400.7050.98100.8400.95870.4400.99910.5750.99370.7100.98040.8450.95770.4450.99900.5800.99340.7150.97970.8500.95670.4500.99890.5850.99

14、300.7200.97900.8550.95570.4550.99880.5900.99270.7250.97830.8600.95460.4600.99870.5950.99230.7300.97760.8650.95360.4650.99850.6000.99190.7350.97690.8700.95250.4700.99840.6050.99150.7400.97610.8750.95140.4750.99830.6100.99110.7450.97540.8800.95040.4800.99810.6150.99070.7500.97460.8850.94930.4850.99800

15、.6200.99030.7550.97380.8900.94820.4900.99780.6250.98980.7600.97310.8950.94710.4950.99760.6300.98940.7650.97230.9000.94590.5000.99750.6350.98890.7700.97140.9050.94480.5050.99730.6400.98840.7750.97060.9100.94370.5100.99710.6450.98790.7800.96980.9150.94250.5150.99690.6500.98740.7850.96890.9200.94130.52

16、00.99670.6550.98690.7900.96800.9250.94020.5250.99650.6600.98640.7950.96720.9300.93900.9350.93781.100.89391.850.67182.600.50980.9400.93661.150.87931.900.65882.650.50130.9450.93541.200.86431.950.64602.700.49310.9500.93421.250.84912.000.63372.750.48510.9550.93291.300.83362.050.62162.800.47730.9600.93171.350.81812.100.60992.850.46980.9650.93041.400.80262.150.59862.900.46240.9700.92921.450.78