四點(diǎn)探針測(cè)試技術(shù)

1、王永東北大學(xué)真空與流體工程研究中心東北大學(xué)真空與流體工程研究中心導(dǎo)師：李建昌導(dǎo)師：李建昌四點(diǎn)探針測(cè)試技術(shù)四點(diǎn)探針測(cè)試技術(shù)Four Point Probe Technology 四點(diǎn)探針（四探針）是半導(dǎo)體行業(yè)，薄膜和表面科學(xué)四點(diǎn)探針（四探針）是半導(dǎo)體行業(yè)，薄膜和表面科學(xué)領(lǐng)域最為常用的電學(xué)表征工具。用四根探針代替兩個(gè)探領(lǐng)域最為常用的電學(xué)表征工具。用四根探針代替兩個(gè)探針對(duì)樣品的電阻率或電導(dǎo)率進(jìn)行測(cè)量，能夠消除探針接針對(duì)樣品的電阻率或電導(dǎo)率進(jìn)行測(cè)量，能夠消除探針接觸電阻對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，具有很高的精度。觸電阻對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，具有很高的精度。報(bào)告內(nèi)容測(cè)試?yán)碚撗芯窟M(jìn)展探針制備123四探針測(cè)試儀四探針測(cè)試

2、儀最常見四探針測(cè)試儀為最常見四探針測(cè)試儀為RTSRTS和和RDYRDY系列。系列。圖圖1.RTS-81.RTS-8型四探針測(cè)試儀（左）、型四探針測(cè)試儀（左）、SDY-5SDY-5型死探針測(cè)試儀（右）型死探針測(cè)試儀（右）被測(cè)樣品被測(cè)樣品測(cè)試探針測(cè)試探針?biāo)奶结槣y(cè)試儀四探針測(cè)試儀圖圖2. RTS-82. RTS-8型四探針電氣原理圖型四探針電氣原理圖 1865年年 湯姆森湯姆森 首次提出四探針測(cè)試原理；首次提出四探針測(cè)試原理；1920年年 Schlunberger 第一次實(shí)際應(yīng)用，測(cè)量地球電阻第一次實(shí)際應(yīng)用，測(cè)量地球電阻 率；率；1954年年 Valdes 第一次用于半導(dǎo)體電阻率測(cè)試；第一次用于半導(dǎo)

3、體電阻率測(cè)試；1980年代年代 具有具有Mapping技術(shù)的四點(diǎn)探針出現(xiàn)技術(shù)的四點(diǎn)探針出現(xiàn)；1999年年 Pertersen 開發(fā)出首臺(tái)微觀四點(diǎn)探針開發(fā)出首臺(tái)微觀四點(diǎn)探針發(fā)展歷史發(fā)展歷史四探針傳統(tǒng)應(yīng)用四探針傳統(tǒng)應(yīng)用圖圖3.四探針技術(shù)的傳統(tǒng)應(yīng)用四探針技術(shù)的傳統(tǒng)應(yīng)用四探針測(cè)試原理四探針測(cè)試原理四根等距探針豎直的排成一排，同四根等距探針豎直的排成一排，同時(shí)施加適當(dāng)?shù)膲毫κ蛊渑c被測(cè)樣品時(shí)施加適當(dāng)?shù)膲毫κ蛊渑c被測(cè)樣品表面形成歐姆連接，用恒流源給兩表面形成歐姆連接，用恒流源給兩個(gè)外探針通以小電流個(gè)外探針通以小電流I，精準(zhǔn)電壓表，精準(zhǔn)電壓表測(cè)量?jī)?nèi)側(cè)兩探針間電壓測(cè)量?jī)?nèi)側(cè)兩探針間電壓V，根據(jù)相，根據(jù)相應(yīng)理論公式

4、計(jì)算出樣品的薄膜電阻應(yīng)理論公式計(jì)算出樣品的薄膜電阻率率1.1.工作原理簡(jiǎn)單工作原理簡(jiǎn)單 2. 2.測(cè)試精度高測(cè)試精度高 3. 3.操作方便操作方便 圖圖 5.四探針測(cè)試原理圖四探針測(cè)試原理圖四探針測(cè)試方法分類四探針測(cè)試方法分類 圖圖4.四探針測(cè)試方法分類四探針測(cè)試方法分類四探針測(cè)試方法四探針測(cè)試方法 最為常用的測(cè)試方法為直線（常規(guī)）四探針法和雙電測(cè)最為常用的測(cè)試方法為直線（常規(guī)）四探針法和雙電測(cè)四探針法。四探針法。1.雙電測(cè)四探針法：雙電測(cè)四探針法：圖圖6 雙電測(cè)四探針法探針組合形式雙電測(cè)四探針法探針組合形式B: Rymaszewski法法A：pertoff法法四探針測(cè)試方法四探針測(cè)試方法 2

5、.雙電測(cè)四探針法特點(diǎn)：雙電測(cè)四探針法特點(diǎn)：1.克服探針間距不等及針尖縱向位移帶來的影響克服探針間距不等及針尖縱向位移帶來的影響2.對(duì)小尺寸樣品不用做幾何測(cè)量和邊緣修正對(duì)小尺寸樣品不用做幾何測(cè)量和邊緣修正3.不能消除橫向位移對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，探針間距不能消除橫向位移對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，探針間距不能過小不能過小四探針計(jì)算模型四探針計(jì)算模型 可得到距點(diǎn)電流源可得到距點(diǎn)電流源r r處的電勢(shì)為：處的電勢(shì)為：EjVr及時(shí)0圖圖 7. 點(diǎn)電流源的半球形等位面點(diǎn)電流源的半球形等位面 四探針法計(jì)算模型四探針法計(jì)算模型電阻率公式為：電阻率公式為： 探針等距：探針等距： C為探針系數(shù)，只要針距一定，它就是常數(shù)為探針系

6、數(shù)，只要針距一定，它就是常數(shù) 四探針法計(jì)算模型四探針法計(jì)算模型2.2.薄層原理（薄層原理（2D2D模型）模型）當(dāng)樣本在能夠忽略其本身厚度情況下，一般認(rèn)為當(dāng)樣本厚當(dāng)樣本在能夠忽略其本身厚度情況下，一般認(rèn)為當(dāng)樣本厚度度W小于探針距小于探針距S時(shí)就看做薄層。當(dāng)樣品為薄層時(shí)，各點(diǎn)時(shí)就看做薄層。當(dāng)樣品為薄層時(shí)，各點(diǎn)電勢(shì)為：電勢(shì)為： WR公式中為薄層電阻，也成為單位方塊電阻【6】RW:薄層電阻薄層電阻, W:薄層厚度薄層厚度 A:r無(wú)窮大時(shí)的電勢(shì)無(wú)窮大時(shí)的電勢(shì)四探針測(cè)試的修正四探針測(cè)試的修正實(shí)際測(cè)試中，要對(duì)四探針測(cè)試方法進(jìn)行修正，包括厚度修實(shí)際測(cè)試中，要對(duì)四探針測(cè)試方法進(jìn)行修正，包括厚度修正，邊緣修正和溫

7、度修正。正，邊緣修正和溫度修正。1.1.厚度修正厚度修正)(0f)(4f 和 f0(a)和和f4(a)分別是對(duì)應(yīng)兩種原理時(shí)分別是對(duì)應(yīng)兩種原理時(shí)的厚度修正函數(shù)，的厚度修正函數(shù)，a=w/s )(0f，圖圖8.修正修正f0(a)和和f4(a)曲線圖曲線圖四探針測(cè)試的修正四探針測(cè)試的修正 2.邊緣修正邊緣修正計(jì)算比較復(fù)雜，難以在實(shí)際運(yùn)用，常用計(jì)算比較復(fù)雜，難以在實(shí)際運(yùn)用，常用鏡像源法，圖形變換法鏡像源法，圖形變換法和和有限元法有限元法 四探針測(cè)試的修正四探針測(cè)試的修正 3.溫度修正溫度修正半導(dǎo)體材料的電阻對(duì)溫度非常敏感，溫度也是影響其測(cè)試精半導(dǎo)體材料的電阻對(duì)溫度非常敏感，溫度也是影響其測(cè)試精度的又一個(gè)

8、重要因素，一般情況下半導(dǎo)體電阻率的參考溫度度的又一個(gè)重要因素，一般情況下半導(dǎo)體電阻率的參考溫度23+0.5.微觀四點(diǎn)探針的發(fā)展微觀四點(diǎn)探針的發(fā)展 1.發(fā)展原因發(fā)展原因1.電子元器件的不斷微型化和納米器件的出現(xiàn)電子元器件的不斷微型化和納米器件的出現(xiàn)2.新型生物材料的出現(xiàn)新型生物材料的出現(xiàn)3.表面科學(xué)研究的不斷深入表面科學(xué)研究的不斷深入4.顯微鏡技術(shù)和顯微鏡技術(shù)和MENS技術(shù)的發(fā)展技術(shù)的發(fā)展2.主要研究單位主要研究單位丹麥科技大學(xué)丹麥科技大學(xué) 瑞士洛桑理工學(xué)院瑞士洛桑理工學(xué)院 日本東北大學(xué)日本東北大學(xué) 日本大阪大學(xué)日本大阪大學(xué)中國(guó)科學(xué)院物理研究所納米物理與納米器件研究室中國(guó)科學(xué)院物理研究所納米物理

9、與納米器件研究室韓國(guó)國(guó)立全南大學(xué)韓國(guó)國(guó)立全南大學(xué) 日本日本NTT公司公司 丹麥丹麥Capres A/S公司公司 zvyex公司公司微觀四點(diǎn)探針的新型應(yīng)用微觀四點(diǎn)探針的新型應(yīng)用1.表面敏感電導(dǎo)率以及表面電荷遷移表面敏感電導(dǎo)率以及表面電荷遷移2.導(dǎo)電聚合物薄膜電導(dǎo)率導(dǎo)電聚合物薄膜電導(dǎo)率3.納米管，納米線等納米材料電導(dǎo)測(cè)量納米管，納米線等納米材料電導(dǎo)測(cè)量4.判斷新型生物材料未知物理性質(zhì)判斷新型生物材料未知物理性質(zhì)5.霍爾效應(yīng)測(cè)定以判斷硅和鍺的超淺結(jié)處的載流子遷移霍爾效應(yīng)測(cè)定以判斷硅和鍺的超淺結(jié)處的載流子遷移率率 微觀四點(diǎn)探針測(cè)試原理微觀四點(diǎn)探針測(cè)試原理 微觀四點(diǎn)探針技術(shù)是微觀領(lǐng)域的四探針測(cè)試技術(shù)，原

10、理與宏微觀四點(diǎn)探針技術(shù)是微觀領(lǐng)域的四探針測(cè)試技術(shù)，原理與宏觀四探針類似，觀四探針類似，圖圖 10.宏觀和微觀四點(diǎn)探針在測(cè)量宏觀和微觀四點(diǎn)探針在測(cè)量電導(dǎo)率時(shí)，電流流經(jīng)半導(dǎo)體樣品示電導(dǎo)率時(shí)，電流流經(jīng)半導(dǎo)體樣品示意圖意圖 電流電流渠道渠道表面層表面層空間電荷層（界面層）空間電荷層（界面層）基體基體能適用于尺寸較小樣品的測(cè)量能適用于尺寸較小樣品的測(cè)量測(cè)試精度和分辨率增加測(cè)試精度和分辨率增加消除樣品表面缺陷對(duì)測(cè)量的影響消除樣品表面缺陷對(duì)測(cè)量的影響 樣品表面損傷減小樣品表面損傷減小微觀四點(diǎn)探針測(cè)試系統(tǒng)微觀四點(diǎn)探針測(cè)試系統(tǒng)1.系統(tǒng)的分類系統(tǒng)的分類 整體式微觀四點(diǎn)探針系統(tǒng)整體式微觀四點(diǎn)探針系統(tǒng) ：最小探針間距

11、最小探針間距300nm 微觀四點(diǎn)微觀四點(diǎn)STM探針系統(tǒng)探針系統(tǒng): 最小探針間距最小探針間距30nm2.系統(tǒng)的組成系統(tǒng)的組成 機(jī)械系統(tǒng)：機(jī)械系統(tǒng)：底座、真空室、樣品臺(tái)；底座、真空室、樣品臺(tái)； 探針系統(tǒng)：探針系統(tǒng)：探針、探針臺(tái)；探針、探針臺(tái)； 信號(hào)控制與傳輸系統(tǒng)：信號(hào)控制與傳輸系統(tǒng)：測(cè)試儀表、電路、測(cè)試儀表、電路、PC機(jī)；機(jī)； 成像系統(tǒng)：成像系統(tǒng)：SEM、RHEED； 輔助裝置：輔助裝置：真空泵、其他表面科學(xué)分析工具真空泵、其他表面科學(xué)分析工具整體式微觀四點(diǎn)探針測(cè)試系統(tǒng)整體式微觀四點(diǎn)探針測(cè)試系統(tǒng) 由四個(gè)測(cè)試電極或一單懸臂四點(diǎn)電極過定于測(cè)試系統(tǒng)探由四個(gè)測(cè)試電極或一單懸臂四點(diǎn)電極過定于測(cè)試系統(tǒng)探針臺(tái)上

12、，四電極位置相對(duì)固定。目前比較先進(jìn)的測(cè)試系統(tǒng)針臺(tái)上，四電極位置相對(duì)固定。目前比較先進(jìn)的測(cè)試系統(tǒng)為基于原子力顯微鏡（為基于原子力顯微鏡（AFMAFM）的微觀四點(diǎn)探針系統(tǒng)。）的微觀四點(diǎn)探針系統(tǒng)。商業(yè)化微觀四點(diǎn)探針商業(yè)化微觀四點(diǎn)探針圖圖11.市場(chǎng)化微觀四點(diǎn)探針測(cè)試儀市場(chǎng)化微觀四點(diǎn)探針測(cè)試儀圖圖12. 瑞士瑞士Capres A/S制造的四制造的四點(diǎn)探針，最小探針間距點(diǎn)探針，最小探針間距5微米微米整體式微觀四點(diǎn)探針測(cè)試系統(tǒng)整體式微觀四點(diǎn)探針測(cè)試系統(tǒng)基于基于AFMAFM的整體式微觀四點(diǎn)探針系統(tǒng)的整體式微觀四點(diǎn)探針系統(tǒng) AFM AFM技術(shù)四點(diǎn)探針技術(shù)相結(jié)合，同時(shí)具備表面形貌表技術(shù)四點(diǎn)探針技術(shù)相結(jié)合，同時(shí)具備

13、表面形貌表征和表面電導(dǎo)率征和表面電導(dǎo)率MappingMapping功能。功能。20052005年日本東北大學(xué)開發(fā)年日本東北大學(xué)開發(fā)第一臺(tái)第一臺(tái)AFMAFM四點(diǎn)探針。四點(diǎn)探針。圖圖13.AFM13.AFM四點(diǎn)探針測(cè)試系統(tǒng)原理圖，四點(diǎn)探針測(cè)試系統(tǒng)原理圖，AFMAFM四點(diǎn)探針?biāo)狞c(diǎn)探針SEMSEM圖。圖。整體式微觀四點(diǎn)探針測(cè)試系統(tǒng)特點(diǎn)整體式微觀四點(diǎn)探針測(cè)試系統(tǒng)特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 1.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單； 1.測(cè)試穩(wěn)定性好；測(cè)試穩(wěn)定性好； 3.單懸臂式相對(duì)于四懸臂式測(cè)試穩(wěn)定性聚焦好；單懸臂式相對(duì)于四懸臂式測(cè)試穩(wěn)定性聚焦好；缺點(diǎn)缺點(diǎn) 探針間距固定，靈活性較差，僅能實(shí)現(xiàn)直線式測(cè)量；探針間距固定，靈活性較差，僅能實(shí)

14、現(xiàn)直線式測(cè)量；微觀十二點(diǎn)探針：微觀十二點(diǎn)探針：具有探針可調(diào)功能具有探針可調(diào)功能圖圖14.市場(chǎng)化的微觀十二點(diǎn)市場(chǎng)化的微觀十二點(diǎn)探針，采用四點(diǎn)測(cè)試模式探針，采用四點(diǎn)測(cè)試模式時(shí)最小探針間距時(shí)最小探針間距1.5m ，Capres A/S制造。制造。微觀四點(diǎn)微觀四點(diǎn)STM探針測(cè)試系統(tǒng)探針測(cè)試系統(tǒng) 將將STM技術(shù)與四探針原理相互結(jié)合，擁有技術(shù)與四探針原理相互結(jié)合，擁有4個(gè)可獨(dú)立驅(qū)動(dòng)個(gè)可獨(dú)立驅(qū)動(dòng)探針的探針的STM用于四點(diǎn)探針的電學(xué)表征。每個(gè)探針實(shí)現(xiàn)獨(dú)立用于四點(diǎn)探針的電學(xué)表征。每個(gè)探針實(shí)現(xiàn)獨(dú)立操作，四點(diǎn)探針可以實(shí)現(xiàn)各種模式和不同探針間距的測(cè)量。操作，四點(diǎn)探針可以實(shí)現(xiàn)各種模式和不同探針間距的測(cè)量。四個(gè)探針通過檢

15、測(cè)隧道電流進(jìn)行反饋控制，使四探針同時(shí)四個(gè)探針通過檢測(cè)隧道電流進(jìn)行反饋控制，使四探針同時(shí)與樣品表面接觸。通過壓電控制使其以原子級(jí)分辨率實(shí)現(xiàn)與樣品表面接觸。通過壓電控制使其以原子級(jí)分辨率實(shí)現(xiàn)在樣品表面的掃描測(cè)量。完成四點(diǎn)探針電學(xué)表征。在樣品表面的掃描測(cè)量。完成四點(diǎn)探針電學(xué)表征。 能夠原位、非破壞性進(jìn)行四點(diǎn)探針測(cè)量，而且具有能夠原位、非破壞性進(jìn)行四點(diǎn)探針測(cè)量，而且具有STM的操縱功能：最小探針間距的操縱功能：最小探針間距30nm，已經(jīng)市場(chǎng)化應(yīng)用。，已經(jīng)市場(chǎng)化應(yīng)用。 圖圖15.市場(chǎng)化四點(diǎn)市場(chǎng)化四點(diǎn)STM探針探針左：對(duì)大規(guī)模集成電路測(cè)量左：對(duì)大規(guī)模集成電路測(cè)量右：右： 移動(dòng)納米線移動(dòng)納米線微觀四點(diǎn)微觀四

16、點(diǎn)STM探針測(cè)試系統(tǒng)探針測(cè)試系統(tǒng)系統(tǒng)原理系統(tǒng)原理圖圖16.微觀四點(diǎn)微觀四點(diǎn)STM探針系統(tǒng)原理示意圖探針系統(tǒng)原理示意圖四點(diǎn)四點(diǎn)STM探針測(cè)試系統(tǒng)研究進(jìn)展探針測(cè)試系統(tǒng)研究進(jìn)展 2001年日本東北大學(xué)研制出年日本東北大學(xué)研制出UHV-SEM-SERM-RHEED四點(diǎn)四點(diǎn)探針系統(tǒng)，借助探針系統(tǒng)，借助SEM的觀察，通過壓電陶瓷獨(dú)立控制四個(gè)鎢探的觀察，通過壓電陶瓷獨(dú)立控制四個(gè)鎢探針進(jìn)行準(zhǔn)確定位和掃描測(cè)量，最小探針針間距針進(jìn)行準(zhǔn)確定位和掃描測(cè)量，最小探針針間距600nm。圖圖917. UHV-SEM-SERM-RHEED四點(diǎn)探針系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖以俯視圖四點(diǎn)探針系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖以俯視圖四點(diǎn)四點(diǎn)STM探針測(cè)試系統(tǒng)研

17、究進(jìn)展探針測(cè)試系統(tǒng)研究進(jìn)展 20052005年美國(guó)匹茲堡大學(xué)研制出年美國(guó)匹茲堡大學(xué)研制出UHV-MBE-SEM-STMUHV-MBE-SEM-STM四點(diǎn)探四點(diǎn)探針系統(tǒng)針系統(tǒng), ,具有多探針具有多探針STM/SEMSTM/SEM室，表面分析和準(zhǔn)備室，分子室，表面分析和準(zhǔn)備室，分子束外延室，傳輸室。配備多種標(biāo)準(zhǔn)表面科學(xué)分析工具束外延室，傳輸室。配備多種標(biāo)準(zhǔn)表面科學(xué)分析工具AES AES 、XPSXPS、QMSQMS、LEED LEED 等。能夠?qū)崿F(xiàn)等。能夠?qū)崿F(xiàn)薄膜沉積、摻雜或量子點(diǎn)薄膜沉積、摻雜或量子點(diǎn) 生生長(zhǎng)，并做四點(diǎn)電學(xué)表征和其他表面分析。長(zhǎng)，并做四點(diǎn)電學(xué)表征和其他表面分析。圖圖18.UHV-

18、MBE-SEM-STM四點(diǎn)探針系統(tǒng)結(jié)構(gòu)四點(diǎn)探針系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖示意圖四點(diǎn)四點(diǎn)STM探針測(cè)試系統(tǒng)研究進(jìn)展探針測(cè)試系統(tǒng)研究進(jìn)展 2006年中國(guó)科學(xué)院物理研究所納米物理與器件研究室制年中國(guó)科學(xué)院物理研究所納米物理與器件研究室制備出超高真空分子束外延（備出超高真空分子束外延（MBE）四探針?biāo)奶结楽TM（Nanoprobe）設(shè)備，為世界上第一臺(tái)可原位制備納米體）設(shè)備，為世界上第一臺(tái)可原位制備納米體系并研究其表面結(jié)構(gòu)、電子態(tài)結(jié)構(gòu)與電子輸運(yùn)性質(zhì)的綜合系并研究其表面結(jié)構(gòu)、電子態(tài)結(jié)構(gòu)與電子輸運(yùn)性質(zhì)的綜合系統(tǒng)，系統(tǒng)， 圖圖19.四探針?biāo)奶结楽YM-MBE-LEED系統(tǒng)系統(tǒng)微觀四點(diǎn)微觀四點(diǎn)STM探針測(cè)試系統(tǒng)探針測(cè)試系

19、統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 1.能獲得較小探針間距；能獲得較小探針間距； 1.探針間距任意可調(diào)；探針間距任意可調(diào)； 3.可以選用不同測(cè)試模式：可以選用不同測(cè)試模式： 4.集成其他實(shí)驗(yàn)設(shè)備，可進(jìn)行薄膜器件的原位制備和表集成其他實(shí)驗(yàn)設(shè)備，可進(jìn)行薄膜器件的原位制備和表征：征：缺點(diǎn)缺點(diǎn) 結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜，造價(jià)昂貴結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜，造價(jià)昂貴微觀四點(diǎn)探針計(jì)算模型微觀四點(diǎn)探針計(jì)算模型微觀四點(diǎn)探針計(jì)算模型分為兩種，與宏觀四點(diǎn)探針類似，微觀四點(diǎn)探針計(jì)算模型分為兩種，與宏觀四點(diǎn)探針類似，通過無(wú)限大理論的薄層原理和厚塊原理推導(dǎo)出的二維無(wú)限通過無(wú)限大理論的薄層原理和厚塊原理推導(dǎo)出的二維無(wú)限模型和三維半無(wú)限模型。模型和三維半無(wú)限模型。直線式等

20、距排列的四點(diǎn)探針電直線式等距排列的四點(diǎn)探針電阻薄層和厚塊計(jì)算公式分別為阻薄層和厚塊計(jì)算公式分別為 如果接觸點(diǎn)半徑相對(duì)于探針間距較小如果接觸點(diǎn)半徑相對(duì)于探針間距較小 ，則用下式，則用下式微觀四點(diǎn)探針理論研究微觀四點(diǎn)探針理論研究Petersen等人用微觀四點(diǎn)探針對(duì)多種形狀小樣品電阻等人用微觀四點(diǎn)探針對(duì)多種形狀小樣品電阻率進(jìn)行了數(shù)學(xué)模擬，對(duì)電荷的局部輸運(yùn)特性進(jìn)行了研率進(jìn)行了數(shù)學(xué)模擬，對(duì)電荷的局部輸運(yùn)特性進(jìn)行了研究。有了諸多發(fā)現(xiàn)。究。有了諸多發(fā)現(xiàn)。1.雙電測(cè)四點(diǎn)測(cè)量?jī)?nèi)側(cè)兩探針靈敏度大于外側(cè)兩探針，雙電測(cè)四點(diǎn)測(cè)量?jī)?nèi)側(cè)兩探針靈敏度大于外側(cè)兩探針，2.對(duì)稱線上由于對(duì)稱電流泄漏靈敏度較低對(duì)稱線上由于對(duì)稱電流泄

21、漏靈敏度較低圖圖21 圓形和方形小樣品局部靈敏度圓形和方形小樣品局部靈敏度微觀四點(diǎn)探針制備技術(shù)微觀四點(diǎn)探針制備技術(shù) 探針在微觀四點(diǎn)探針表征系統(tǒng)中是核心精密部件，對(duì)探針在微觀四點(diǎn)探針表征系統(tǒng)中是核心精密部件，對(duì)系統(tǒng)的微型化進(jìn)展起著決定性作用，系統(tǒng)的微型化進(jìn)展起著決定性作用， 1.微觀四點(diǎn)微觀四點(diǎn)STM探針制備探針制備 通常會(huì)采用鎢絲作為測(cè)試探針，或采用金屬鍍層探針，通常會(huì)采用鎢絲作為測(cè)試探針，或采用金屬鍍層探針，可以采用有金屬鍍層碳納米管（可以采用有金屬鍍層碳納米管（CNT）作為探針。）作為探針。 圖圖22. PtIr- CNT四點(diǎn)探針?biāo)狞c(diǎn)探針對(duì)對(duì)CoSi2納米線電導(dǎo)率測(cè)納米線電導(dǎo)率測(cè)量，最小探

22、針間距量，最小探針間距30nm（日本東北大學(xué)）（日本東北大學(xué)）微觀四點(diǎn)探針制備技術(shù)微觀四點(diǎn)探針制備技術(shù)整體式微觀四點(diǎn)探針制備整體式微觀四點(diǎn)探針制備 懸臂梁制備懸臂梁制備導(dǎo)電電極制備導(dǎo)電電極制備金屬鍍層金屬鍍層圖圖23.整體式微觀四點(diǎn)探針的一般制備步驟整體式微觀四點(diǎn)探針的一般制備步驟基底材料：基底材料：?jiǎn)尉Ч?、多晶硅、氮硅化合物（單晶硅、多晶硅、氮硅化合物（Si3N4） 常用工藝：常用工藝：FIB 光刻光刻 、電子束光刻、電子束光刻 、傳統(tǒng)光刻、傳統(tǒng)光刻 、混合匹配光刻、混合匹配光刻 等等微觀四點(diǎn)探針制備技術(shù)微觀四點(diǎn)探針制備技術(shù)圖圖24 AFM懸臂梁制備工藝懸臂梁制備工藝(a)KOH蝕刻蝕刻V型

23、槽型槽(b)氧化硅生長(zhǎng)氧化硅生長(zhǎng)(c) LPCVD法沉積法沉積SiN層層(d )光致抗蝕掩模光致抗蝕掩模(e)懸臂和頂端的懸臂和頂端的SiN蝕刻蝕刻 ( f ) 陰陽(yáng)鍵合法玻璃粘結(jié)陰陽(yáng)鍵合法玻璃粘結(jié) (g) 去去Si(h) 鍍銅鍍銅微觀四點(diǎn)探針制備技術(shù)微觀四點(diǎn)探針制備技術(shù)圖圖25.最近亞指出的整體式四點(diǎn)探針最近亞指出的整體式四點(diǎn)探針微觀四點(diǎn)探針制備技術(shù)微觀四點(diǎn)探針制備技術(shù)圖圖26.最近亞指出的整體式四點(diǎn)探針最近亞指出的整體式四點(diǎn)探針微觀四點(diǎn)探針制備技術(shù)微觀四點(diǎn)探針制備技術(shù)探針制備方法探針制備方法FIB FIB 光刻光刻電子束光刻電子束光刻混合匹配光刻混合匹配光刻傳統(tǒng)光刻傳統(tǒng)光刻最小探針間距最小

24、探針間距300 nm350 nm500 nm1500 nm基底材料基底材料SiO2微懸臂梁彈性系數(shù)3 N/m柔性SiO2微懸臂梁SiO2微懸臂梁0.5 N/mSiO2 微懸臂梁金屬鍍層金屬鍍層Ti /PtTi/ AuTiWTi/ Au結(jié)構(gòu)特征結(jié)構(gòu)特征單懸臂梁電極寬度200nm四平行SiO2懸臂梁頂端聚焦方向生長(zhǎng)金屬鍍層碳納米管針尖 單懸臂梁12點(diǎn)探針?biāo)钠叫袘冶哿簻y(cè)試性能測(cè)試性能 與樣品表面接觸良好，探針高度相同可100 nm分辨率掃描測(cè)量表面高度不同的樣品碳針尖對(duì)樣品表面有自調(diào)心功能，且探針間距可調(diào) 樣品損傷很小，參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)【* *4 4】* * *2 2【* *B B】* * *1 1

25、 表表1.一些常用方法制備出的整體式四點(diǎn)探針最小探針間距一些常用方法制備出的整體式四點(diǎn)探針最小探針間距微觀四點(diǎn)探針測(cè)試技術(shù)面臨的問題微觀四點(diǎn)探針測(cè)試技術(shù)面臨的問題1.探針間距受限因素探針間距受限因素 探針間電子電遷移探針間電子電遷移 熱效應(yīng)熱效應(yīng) 探針幾何參數(shù)和強(qiáng)度探針幾何參數(shù)和強(qiáng)度2.對(duì)樣品表面的損傷對(duì)樣品表面的損傷采用柔性探針采用柔性探針 改變測(cè)試夾角改變測(cè)試夾角 采用尖銳探針采用尖銳探針3.探針壽命探針壽命 探針折斷：探針折斷：避免操作失誤、提高探針控制精度、增強(qiáng)探避免操作失誤、提高探針控制精度、增強(qiáng)探 針強(qiáng)度；針強(qiáng)度； 探針磨損：探針磨損：提高力控制精度、柔性探針、改變探針形狀提高力控

26、制精度、柔性探針、改變探針形狀 （three-way flexible M4PP）、基體和導(dǎo)電薄膜加過度粘）、基體和導(dǎo)電薄膜加過度粘結(jié)薄結(jié)薄 微觀四點(diǎn)探針測(cè)試技術(shù)面臨的問題微觀四點(diǎn)探針測(cè)試技術(shù)面臨的問題5.探針精確定位與力控制問題探針精確定位與力控制問題 高精度高精度SEM 控制系統(tǒng)改進(jìn)控制系統(tǒng)改進(jìn) 6.電子束對(duì)樣品表面電學(xué)特性的影響電子束對(duì)樣品表面電學(xué)特性的影響 SEM RHEED 結(jié)論與展望結(jié)論與展望 綜述了四探針測(cè)試原理，應(yīng)用，分類。并報(bào)告了當(dāng)今世綜述了四探針測(cè)試原理，應(yīng)用，分類。并報(bào)告了當(dāng)今世界上最為先進(jìn)的微觀四點(diǎn)探針測(cè)試系統(tǒng)，包括測(cè)試原理以界上最為先進(jìn)的微觀四點(diǎn)探針測(cè)試系統(tǒng)，包括測(cè)試原理以及最新應(yīng)用，并將其劃分為兩大類型，詳細(xì)介紹分析了每及最新應(yīng)用，并將其劃分為兩大類型，詳細(xì)介紹分析了每一類系統(tǒng)的器件結(jié)構(gòu)、工作原理、探針制備一類系統(tǒng)的器件結(jié)構(gòu)、工作原理、探針制備, ,而且做了一而且做了一定的對(duì)比。指出微觀四點(diǎn)探針系統(tǒng)所面臨的主要問題。定的對(duì)比。指出微觀四點(diǎn)探針系統(tǒng)所面臨的主要問題。 微觀四點(diǎn)探針測(cè)試技術(shù)的研