實(shí)驗(yàn)一四探針法測(cè)半導(dǎo)體電阻率

實(shí)驗(yàn)一：四探針法丈量半導(dǎo)體電阻率1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?）熟習(xí)四探針法丈量半導(dǎo)體或金屬資料電阻率的原理2）掌握四探針法丈量半導(dǎo)體或金屬資料電阻率的方法2、實(shí)驗(yàn)儀器型數(shù)字式四探針測(cè)試儀；XXXX型便攜式四探針測(cè)試儀；硅單晶；3、實(shí)驗(yàn)原理半導(dǎo)體資料是現(xiàn)代高新技術(shù)中的重要資料之一，已在微電子器件和光電子器件中獲取了寬泛應(yīng)用。半導(dǎo)體資料的電阻率是半導(dǎo)體資料的的一個(gè)重要特征，是研究開發(fā)與實(shí)質(zhì)生產(chǎn)應(yīng)用中常常需要丈量的物理參數(shù)之一，對(duì)半導(dǎo)體或金屬資料電阻率的丈量擁有重要的實(shí)質(zhì)意義。直流四探針法主要用于半導(dǎo)體資料或金屬資料等低電阻率的丈量。所用的儀器表示圖以及與樣品的接線圖如圖1所示。由圖1(a)可見，測(cè)試過程中四根金屬探針與樣品表面接觸，外側(cè)1和4兩根為通電流探針，內(nèi)側(cè)2和3兩根是測(cè)電壓探針。由恒流源經(jīng)1和4兩根探針輸入小電流使樣品內(nèi)部產(chǎn)生壓降，同時(shí)用高阻抗的靜電計(jì)、電子毫伏計(jì)或數(shù)字電壓表測(cè)出其余兩根探針（探針2和探針3）之間的電壓V23。圖1四探針法電阻率丈量原理表示圖若一塊電阻率為的均勻半導(dǎo)體樣品，其幾何尺寸相對(duì)探針間距來說能夠看作半無窮大。當(dāng)探針引入的點(diǎn)電流源的電流為I，因?yàn)榫鶆驅(qū)w內(nèi)恒定電場(chǎng)的等位面為球面，則在半徑為r處等位面的面積為2r2，電流密度為jI/2r2（1）依據(jù)電流密度與電導(dǎo)率的關(guān)系jE可得jII（2）Er22r22距離點(diǎn)電荷r處的電勢(shì)為VI（3）2r半導(dǎo)體內(nèi)各點(diǎn)的電勢(shì)應(yīng)為四個(gè)探針在該點(diǎn)所形成電勢(shì)的矢量和。經(jīng)過數(shù)學(xué)推導(dǎo)，四探針法丈量電阻率的公式可表示為2(1111)1?V23C?V23（4）r12r24r13r34II式中，C2(1111)1為探針系數(shù)，與探針間距相關(guān)，單位為cm。r12r24r13r34若四探針在同向來線上，如圖1(a)所示，當(dāng)其探針間距均為S時(shí)，則被測(cè)樣品的電阻率為2(1111)1?V232S?V23（5）S2S2SSII此即常有的直流等間距四探針法測(cè)電阻率的公式。有時(shí)為了減小丈量地區(qū)，以察看不一樣地區(qū)電阻率的變化，即電阻率的不均勻性，四根探針不必定都排成向來線，而可排成正方形或矩形，如圖1(b)所示，此時(shí)只要改變電阻率計(jì)算公式中的探針系數(shù)C即可。四探針法的長(zhǎng)處是探針與半導(dǎo)體樣品之間不要求制備接觸電極，極大地方便了對(duì)樣品電阻率的丈量。四探針法可丈量樣品沿徑向散布的斷面電阻率，從而能夠察看電阻率的不均勻性。因?yàn)檫@類方法同意迅速、方便、無損地測(cè)試任意形狀樣品的電阻率，適合于實(shí)質(zhì)生產(chǎn)中的大量量樣品測(cè)試。但因?yàn)樵摲椒ㄊ艿教结橀g距的限制，很難差別間距小于0.5mm兩點(diǎn)間電阻率的變化。依據(jù)樣品在不一樣電流（I）下的電壓值（V23），還能夠計(jì)算出所測(cè)樣品的電阻率。4、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、預(yù)熱：翻開SB118恒流源和PZ158A電壓表的電源開關(guān)（或四探針電阻率測(cè)試儀的電源開關(guān)），使儀器預(yù)熱30分鐘。2、擱置待測(cè)樣品：第一擰動(dòng)四探針支架上的銅螺柱，松開四探針與小平臺(tái)的接觸，將樣品置于小平臺(tái)上，而后再擰動(dòng)四探針支架上的銅螺柱，使四探針的全部針尖相同品組成優(yōu)秀的接觸即可。3、聯(lián)機(jī)：將四探針的四個(gè)接線端子，分別接入相應(yīng)的正確的地點(diǎn)，即接線板上最外面的端子，對(duì)應(yīng)于四探針的最外面的兩根探針，應(yīng)接入SB118恒流源的電流輸出孔上，二接線板上內(nèi)側(cè)的兩個(gè)端子，對(duì)應(yīng)于四探針的內(nèi)側(cè)的兩根探針，應(yīng)接在PZ158A電壓表的輸入孔上，如圖1(a)所示。4、丈量：使用SB118恒流源部分，選擇適合的電流輸出量程，以及適合調(diào)節(jié)電流（粗調(diào)及細(xì)調(diào)），能夠在PZ158A上丈量出樣品在不一樣電流值下的電壓值，利用公式（5）即可計(jì)算出被測(cè)樣品的電阻率。5、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及辦理多次丈量去均勻值，減小丈量偏差單晶硅的電阻率均勻值實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)12.8813.5414.6213.68剖析丈量電阻率中偏差的根源四探針法是丈量一恒流源在樣品不一樣地點(diǎn)惹起的電位差得出資料的電阻率.為獲取精準(zhǔn)的測(cè)試結(jié)果,一定保持四根探針和樣品表面優(yōu)秀、穩(wěn)固的彈性接觸.它要求探針比較尖及保持適合的接觸壓力,這就常常造成資料表面損害并使丈量值易受外界擾亂,這類狀況在丈量薄條帶或薄膜樣品時(shí)更加顯然.此外,固然丈量電流很小(<100?),但探針與樣品接觸的面積也很小,由局部熱效應(yīng)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)有時(shí)能達(dá)到被丈量信號(hào)的量級(jí).固然改變電流方向能夠補(bǔ)償大多數(shù)熱電勢(shì)影響,但關(guān)于電阻率的細(xì)微變化,仍是不易獲取好的結(jié)果,且不宜連續(xù)丈量.在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的溝通四探針方法能夠除去電接觸區(qū)的熱電勢(shì),但它對(duì)溝通電流源和檢測(cè)信號(hào)的溝通放大器穩(wěn)固性的要求極為嚴(yán)格,且仍存在接觸穩(wěn)固性問題.這些要素造成四探針法關(guān)于電阻值的細(xì)小變化不敏感,阻擋了認(rèn)真剖析資料組織構(gòu)造的