实验2四探针法测量半导体电阻率和薄层电阻

实验 四探针法测电阻率1．实验目的：学习用四探针法测量半导体材料的体电阻率和扩散薄层的电阻率及方块电阻。

2．实验内容① 硅单晶片电阻率的测量：选不同电阻率及不同厚度的大单晶圆片，改变条件（光照与否），对测量结果进行比较。

② 薄层电阻率的测量：对不同尺寸的单面扩散片和双面扩散片的薄层电阻率进行测量。

改变条件进行测量（与①相同），对结果进行比较。

3． 实验原理：在半导体器件的研制和生产过程中常常要对半导体单晶材料的原始电阻率和经过扩散、外延等工艺处理后的薄层电阻进行测量。

测量电阻率的方法很多，有两探针法，四探针法，单探针扩展电阻法，范德堡法等，我们这里介绍的是四探针法。

因为这种方法简便可行，适于批量生产，所以目前得到了广泛应用。

所谓四探针法，就是用针间距约1毫米的四根金属探针同时压在被测样品的平整表面上如图1a 所示。

利用恒流源给1、4两个探针通以小电流，然后在2、3两个探针上用高输入阻抗的静电计、电位差计、电子毫伏计或数字电压表测量电压，最后根据理论公式计算出样品的电阻率［１］IV C23=ρ 式中，C 为四探针的修正系数，单位为厘米，C 的大小取决于四探针的排列方法和针距，探针的位置和间距确定以后，探针系数C 就是一个常数；V 23为2、3两探针之间的电压，单位为伏特；I 为通过样品的电流，单位为安培。

半导体材料的体电阻率和薄层电阻率的测量结果往往与式样的形状和尺寸密切相关，下面我们分两种情况来进行讨论。

⑴ 半无限大样品情形图1给出了四探针法测半无穷大样品电阻率的原理图，图中(a)为四探针测量电阻率的装置；(b)为半无穷大样品上探针电流的分布及等势面图形；(c)和(d)分别为正方形排列及直线排列的四探针图形。

因为四探针对半导体表面的接触均为点接触，所以，对图１（b ）所示的半无穷大样品，电流I 是以探针尖为圆心呈径向放射状流入体内的。

因而电流在体内所形成的等位面为图中虚线所示的半球面。

于是，样品电阻率为ρ，半径为r ，间距为dr 的两个半球等位面间的电阻为dr r dR 22πρ=， 它们之间的电位差为 dr r IIdR dV 22πρ==。

四探针法测量半导体电阻率及薄层电阻四探针法测量半导体电阻率及薄层电阻【实验目的】1、掌握四探针测量半导体材料电阻率和薄层电阻的测量原理及方法；2、针对不同几何形状的样品，掌握其修正方法；3、测试给定的三块不同规格样品数据，使用EXCE软件对样品的数据进行计算和处理，如电阻率、方块电阻、标准差、不均匀度，画出电阻率波动图【实验原理】1.半导体材料的电阻率在半无穷大样品上的点电流源，若样品的电阻率p均匀，引入点电流源的探针其电流强度为I，则所产生的电力线具有球面的对称性，即等位面为一系列以点电流为中心的半球面，如图1所示。

在以r为半径的半球面上，电流密度j的分布是均匀的：图1半无穷大样品点电流源的半球等位面若E为:r处的电场强度，则(2)由电场强度和电位梯度以及球面对称关系,(1)E_如dr(3)d 屮=-Edr =⑷取r为无穷远处的电位为零，则⑹上式就是半无穷大均匀样品上离开点电流源距离为『的点的电位与探针流过的电流和样品电阻率的关系式，它代表了一个点电流源对距离『处点的电势的贡献。

对于图2所示的情形，四根探针位于样品中央，电流从探针1流入，从探针4流出，则可将1和4探针认为是点电流源，由式可知，2和3探针的电位为Ip 八¥1=亍( ---------- )j "341、3探针的电位差为:由此可得出样品的电阻率为:(8) （8）式就是利用直流四探针法测量电阻率的普遍公式。

我们只需测出流过1 4探针的电流I以及2 3探针间的电位差V2 3，代入四根探针的间距，就可以求出该样品的电阻率p。

实际测量中，最常用的是直线型四探针，即四根探针的针尖位于同一直线上，并且间距相等，如图3所示。

设r i2 =「23 =「34 = S, 则有:(9)（9）式就是常见的直流四探针（等间距）测量电阻率的公式，也是本实验要用的测量公式之一。

需要指出的是：这一公式是在半无限大样品的基础上导出的，实用中必需满足样品厚度及边缘与探针之间的最近距离大于四倍探针间距，这样才能使该式具有足够的精确度。

第1篇一、实验目的1. 熟悉半导体材料的性质，掌握半导体材料的制备方法。

2. 学习使用四探针法测量半导体材料的电阻率和薄层电阻。

3. 掌握半导体材料霍尔系数和电导率的测量方法。

4. 了解太阳能电池的工作原理，并进行性能测试。

二、实验原理1. 半导体材料：半导体材料具有介于导体和绝缘体之间的电导率，其电导率受温度、掺杂浓度等因素影响。

本实验所用的半导体材料为硅（Si）。

2. 四探针法：四探针法是一种测量半导体材料电阻率和薄层电阻的常用方法。

通过测量电流在半导体材料中流过时，电压的变化，可以得到材料的电阻率和薄层电阻。

3. 霍尔效应：霍尔效应是一种测量半导体材料霍尔系数和电导率的方法。

当半导体材料中存在磁场时，载流子在运动过程中会受到洛伦兹力的作用，导致载流子在垂直于电流和磁场的方向上产生横向电场，从而产生霍尔电压。

4. 太阳能电池：太阳能电池是一种将光能转化为电能的装置。

本实验所用的太阳能电池为硅太阳能电池，其工作原理是光生电子-空穴对在PN结处分离，产生电流。

三、实验仪器与材料1. 实验仪器：四探针测试仪、霍尔效应测试仪、太阳能电池测试仪、数字多用表、温度计等。

2. 实验材料：硅（Si）半导体材料、太阳能电池等。

四、实验步骤1. 四探针法测量半导体材料电阻率和薄层电阻（1）将硅半导体材料切割成合适尺寸的样品。

（2）将样品放置在四探针测试仪上，按照仪器操作步骤进行测量。

（3）记录实验数据，计算电阻率和薄层电阻。

2. 霍尔效应测量半导体材料霍尔系数和电导率（1）将硅半导体材料切割成合适尺寸的样品。

（2）将样品放置在霍尔效应测试仪上，按照仪器操作步骤进行测量。

（3）记录实验数据，计算霍尔系数和电导率。

3. 太阳能电池性能测试（1）将硅太阳能电池放置在太阳能电池测试仪上。

（2）按照仪器操作步骤进行测试，记录实验数据。

（3）计算太阳能电池的短路电流、开路电压、填充因子等参数。

五、实验结果与分析1. 四探针法测量半导体材料电阻率和薄层电阻根据实验数据，计算得到硅半导体材料的电阻率和薄层电阻分别为：ρ =0.3Ω·m，Rt = 0.1Ω。