半導(dǎo)體電阻率的測量

1、半導(dǎo)體電阻率的測量半導(dǎo)體材料的電阻率，是判斷材料摻雜濃度的一個主要參數(shù)，它反映了補(bǔ)償后的雜質(zhì)濃度，與半導(dǎo)體中的載流子濃度有直接關(guān)系。最早用來測量電阻率 P的方法是用一個已知尺寸的矩形樣品來測量電阻尺，直接利用 p=(V S)/ (I L)得到電阻率，但對于半導(dǎo)體材料，這樣測量的電阻率將包括一個不可忽略 的接觸電阻項。金屬探針與半導(dǎo)體相接觸的地方有很大的接觸電阻，這個電阻甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過半導(dǎo)體本身的體電阻。因此不能用直接法測量半導(dǎo)體材料的電阻率。常用的接觸式測量半導(dǎo)體材料電阻率的方法主要有如下幾種：兩探針法；三探針法；四探針法；單探針擴(kuò)展電阻法； 范德堡法。在這篇文章中，我們將主要介紹各種測量半導(dǎo)體

2、電阻率的方法。(一) 兩探針法兩探針法的主要想法，是利用探針與體電阻直接接觸，避免了與測試電阻的接觸從而消除誤差。試樣為長條形或棒狀，且視為電阻率均勻分布。2.4二探針法測試示意圖利用高阻抗的電壓計測量電阻上的電壓從而得到流過半導(dǎo)體的電流，再利用電壓計測得半導(dǎo)體上流過單位長度的電壓壓降，再測得長度L,從而得到p= （V*S） /（l*L），S為試樣表面積。（二）三探針法三探針法適用于測量相同導(dǎo)電類型，低阻襯底的外延層材料的電阻率。該方法是利用金屬探針與半導(dǎo)體材料接觸處的反向電流.電壓特性、測定擊穿時的電壓來獲得材料電阻率的知識的。金半接觸反向偏置時，外電壓幾乎全部降在接觸處，空間電荷區(qū)中電場很

3、大， 載流子在電場作用下與晶格原子發(fā)生碰撞電離。隨著外電場增加，發(fā)生雪崩擊穿，擊穿電壓與摻雜濃度有關(guān)，具體關(guān)系由經(jīng)驗公式給出，再根據(jù)電阻率與雜質(zhì)濃度的關(guān)系圖線，從而可以得到材料的電阻率。圖2占三撫甘叢辦試禾童囲W11 I爐*irftlU時辭電佩幸與#（三）四探針法直線四探針法是用針距約為 1毫米的四根探針同時壓在樣品的平整表面上，。利用恒流源給I、4探針通以一個小電流，然后用高輸入阻抗的電位差計、電子毫伏計或數(shù)字電壓表 測量電壓。利用高阻值電壓計測得 2、3探針間的電壓值, 從而根據(jù)公式 尸V23 *C/I。C為探針系數(shù)是常數(shù)， I則為流過半導(dǎo)體的電流大小。四探針法比二探針 法好，它可以測量樣

4、品沿徑向分布的斷面電阻率。（四）單探針拓展電阻法單探針擴(kuò)展電阻法適用于測量體材料的微區(qū)均勻性及外延材料、 多層結(jié)構(gòu)或擴(kuò)展層等材 料的電阻率或電阻率分布。 此法可以確定體積為 IO'10厘米3的區(qū)域的電阻率。 這種方法是利 用一根金屬鋨（或鎢鈷合金）尖探針來探測樣品表面電阻率的。要求探針材料硬度大并且耐磨，樣品正面要進(jìn)行很好的機(jī)械拋光，樣品背面要用大面積超聲波焊接來制作歐姆接觸。針固定在探針臂系統(tǒng)上，使其與樣品表面始終保持垂直。樣品圖2.7齟探針擴(kuò)魏電阻法泡試示意團(tuán)圖Z8球面探針與半無窮大樣品接獨德堡推算出的公式根據(jù)推算我們可以得到，Rs=V/l= P（2 nr ro為針球面半徑。實際上

5、，對于脆性的半島體材料，探針尖與樣品表面的接觸面的真正幾何形狀為一個半徑為a的圓。此時p=Rs/4a。 a為有效接觸點半徑，它的計算與金屬與半導(dǎo)體的楊氏彈性模量，在探針尖的壓力有關(guān)。（五）范德堡法1958年范德堡出一種接觸點位于晶體邊緣的電阻率測量方法。該方法適用于厚度均 勻、無孤立孔洞的片狀樣品。目前，砷化鎵材料和硅外延襯底材料的測試多用此法。對于任意形狀的片狀樣品， 在其邊緣處取四個接觸 點如圖，AB垂直于CD。測量任意兩接觸點間的電流， 如AC間的電流Iac,測量其余兩接觸點的電壓 Vbd ,則得到Ri=V bd/I AC。同理再取一對組合得到R2.。根據(jù)范其中的函數(shù)為范德堡修正函數(shù)，可以通過查表得到范德堡法的優(yōu)點在于對于任意形狀的半導(dǎo)體都可以進(jìn)行測量，但是，測量的方法要 求在邊緣取點，這就導(dǎo)致了這個