探針?lè)椒y(cè)量半導(dǎo)體的電阻率PPT課件

1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康?、理解四探針?lè)椒y(cè)量半導(dǎo)體電阻率的原理；2、學(xué)會(huì)用四探針?lè)椒y(cè)量半導(dǎo)體電阻率。第1頁(yè)/共21頁(yè) 實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理1、體電阻率測(cè)量：四探針?lè)y(cè)量原理圖 當(dāng)、四根金屬探針排成一直線時(shí)，并以一定壓力壓在半導(dǎo)體材料上，在、兩處探針間通過(guò)電流I，則、探針間產(chǎn)生電位差V。 第2頁(yè)/共21頁(yè)CIV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(shí)的值，S1=S2=S3=1mm. 每個(gè)探頭都有自己的系數(shù)。C6.280.05單位cm。 若電流取I = C 時(shí)，則V，可由數(shù)字電壓表直接讀出。121223201111CSSSSSS探針系數(shù)(1)(2)第3頁(yè)/共21頁(yè)（a）

2、塊狀和棒狀樣品體電阻率測(cè)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(wú)限大的邊界條件，電阻率值可以直接由（）、（）式求出。第4頁(yè)/共21頁(yè)（b）簿片電阻率測(cè)量 簿片樣品因?yàn)槠浜穸扰c探針間距比較，不能忽略，測(cè)量時(shí)要提供樣品的厚度形狀和測(cè)量位置的修正系數(shù)。第5頁(yè)/共21頁(yè)0()()()()VWdWdCGDGDISSSS)(2ln210SdDSW電阻率值可由下面公式得出：式中：0 為塊狀體電阻率測(cè)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(cè)量位置的修正函數(shù)，可由附錄查得。W/S0.5時(shí)，實(shí)用。當(dāng)

3、圓形硅片的厚度滿足W/S0.5時(shí)，電阻率為： 第6頁(yè)/共21頁(yè)2、帶擴(kuò)散層的方塊電阻測(cè)量 當(dāng)半導(dǎo)體薄層尺寸滿足于半無(wú)限大時(shí)： 若取I 4.53 I0，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。IVIVR53. 4)(2ln0第7頁(yè)/共21頁(yè) 儀器結(jié)構(gòu)特征儀器結(jié)構(gòu)特征 數(shù)字式四探針測(cè)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(kuò)大儀器功能及方便使用，還設(shè)立了單位、小數(shù)點(diǎn)自動(dòng)顯示電路、電流調(diào)節(jié)、自校電路和調(diào)零電路。第8頁(yè)/共21頁(yè) 儀器電源經(jīng)過(guò)DC-DC變換器，由恒流源電路產(chǎn)生一個(gè)高穩(wěn)定恒定直流電流，其量程為10A、100A、1m

4、A、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(gè)電位差，此直流電壓信號(hào)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(hào)放大（放大量程有0.2mV、2mV、20mV 、200mV、2V），再經(jīng)過(guò)雙積分A/D變換將模擬量變換為數(shù)字量，經(jīng)由計(jì)數(shù)器、單位、小數(shù)點(diǎn)自動(dòng)轉(zhuǎn)換電路顯示出測(cè)量結(jié)果。第9頁(yè)/共21頁(yè) 為克服測(cè)試時(shí)探針與樣品接觸時(shí)產(chǎn)生的接觸電勢(shì)和整流效應(yīng)的影響。本儀器設(shè)立有“粗調(diào)”、“細(xì)調(diào)”調(diào)零電路能產(chǎn)生一個(gè)恒定的電勢(shì)來(lái)補(bǔ)償附加電勢(shì)的影響。 儀器自較電路中備有精度為0.02、阻值為19.96的標(biāo)準(zhǔn)電阻,作為自校電路的基礎(chǔ)，通過(guò)自校電路可以方便地對(duì)數(shù)字

5、電壓表精度和恒流源進(jìn)行校準(zhǔn)。第10頁(yè)/共21頁(yè) 在半導(dǎo)體材料斷面測(cè)量時(shí)：直徑范圍15100mm，其高度為400mm，如果要對(duì)大于400mm長(zhǎng)單晶的斷面測(cè)量，可以將座體的V型槽有機(jī)玻璃板取下，座體設(shè)有一個(gè)腰形孔，用戶可以根據(jù)需要增設(shè)支襯墊塊使晶體長(zhǎng)度向臺(tái)下延伸，以滿足測(cè)量長(zhǎng)單晶需求，測(cè)試架有專門的屏蔽導(dǎo)線插頭與電氣箱聯(lián)結(jié)。第11頁(yè)/共21頁(yè) 實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟1、測(cè)試準(zhǔn)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(cè)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(yù)熱小時(shí)。第12頁(yè)/共21頁(yè)3、極性開關(guān)置于上方，工作狀態(tài)選擇開關(guān)置于“短路

6、”，撥動(dòng)電流和電壓量程開關(guān)，置于樣品測(cè)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(xì)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I6.28=C，C為探針幾何修正系數(shù)。第13頁(yè)/共21頁(yè)1.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(cè)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(xì)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)第14頁(yè)/共21頁(yè) 測(cè)量電阻時(shí)，可以按表所示的電壓電流量程進(jìn)行選擇。電流 / 電阻 / 電壓0.2mV2mV20mV200mV

7、2V100mA2m20m200m22010mA20m200m2202001mA200m2202002k100A2202002k20k10A202002k20k200k第15頁(yè)/共21頁(yè)6、工作狀態(tài)選擇開關(guān)置于“測(cè)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(cè)量值。再將極性開關(guān)撥至下方（負(fù)極性），按下電流開，讀出測(cè)量值，將兩次測(cè)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(hào)，則測(cè)量數(shù)值已超過(guò)此電壓量程，應(yīng)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(fù)到零位。每次更換電壓、電流量程均要重復(fù)35步驟。第16頁(yè)/共21頁(yè) 注意事項(xiàng)注意事項(xiàng)1、電流量

8、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(duì)應(yīng)的量程電壓量程2V200mV20mV2mV0.2mV電流量程100mA10mA1mA100A10A第17頁(yè)/共21頁(yè) 2、 電阻（V/I）測(cè)量，用四端測(cè)量夾換下回探針測(cè)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(shí)際測(cè)量的電阻值。第18頁(yè)/共21頁(yè)3、方塊電阻測(cè)量，電流調(diào)節(jié)在4.53時(shí)，讀出數(shù)值10倍為實(shí)際的方塊電阻值。4、薄片電阻率測(cè)量：當(dāng)薄片厚度0.5mm時(shí)，按公式（3）進(jìn)行；當(dāng)薄片厚度0.5mm時(shí)，按公式（4）進(jìn)行。5、儀器在中斷測(cè)量時(shí)應(yīng)將工作選擇開關(guān)置于“短路”；電流開關(guān)置于彈出斷開位置。第19頁(yè)/共21