四探针测试方法

4、将工作选择档置于“自校”，使电流显示出 “１９９＊”，各量程数值误差为４字。
5、将工作选择档置于“调节”，电流调节在I ＝6.28=C，C为探针几何修正系数。
1.显示板 2、单位显示灯 3、电流量程开关 4、工作选择开关 （短路、测量、调节、自校选择）5、电压量程开关6、输入插 座7、调零细调8、调零粗调9、电流调节10、电源开关11、电 流选择开关 12、极性开关
２．四探针测试探头：探针间距：１mm；游 移率：±1.0%；探针：碳化钨 Φ0.5mm 压力：0~2kg可调。
（a）块状和棒状样品体电阻率测量： 由于块状和棒状样品外形尺寸与探针间距 比较，合乎于半无限大的边界条件，电阻 率值可以直接由（１）、（２）式求出。
（b）簿片电阻率测量 簿片样品因为其厚度与探针间距比较， 不能忽略，测量时要提供样品的厚度形 状和测量位置的修正系数。
电阻率值可由下面公式得出：
C
V I
G(W S
)D( d S
)
0G(WS
)D( d S
)
式中：ρ0 为块状体电阻率测量值；
W：为样品厚度（um）；S：探针间距（mm）；
G(W/S)为样品厚度修正函数，可由附录IA位置的修正函数，可由附
录２查得。W/S＜0.5时，实用。
当圆形硅片的厚度满足W/S＜0.5时，电阻率为：
0
W S
1 2 ln 2
D(d ) S
2、带扩散层的方块电阻测量 当半导体薄层尺寸满足于半无限大时：
R0
(V
ln 2 I
)
4.53V I
若取I ＝ 4.53 I0，I0为该电流量程满度值， 则R0值可由数字表中直接读出的数乘上10 后得到。
<三> 仪器结构特征

四探针法测量导体的电阻率电阻率的测量是导体材料常规参数测量项目之一。

测量电阻率的方法很多，如二探针法、三探针法、四探针法、电容---电压法、扩展电阻法等. 四探针法则是一种广泛采用的标准方法，在半导体工艺中最为常用，其主要优点在于设备简单，操作方便，精确度高，对样品的几何尺寸无严格要求.并且四探针法测量电阻率有个非常大的优点，它不需要较准；有时用其它方法测量电阻率时还用四探针法较准。

本文主要讲述四探针法测量导体材料电阻率的工作原理.直流四探针法也称为四电极法，主要用于半导体材料或超导体等的低电阻率的测量。

使用的仪器以及与样品的接线如图1(a)所示。

由图可见，测试时四根金属探针与样品表面接触，外侧两根1、4为通电流探针，内侧两根2、3为测电压探针。

由电流源输入小电流使样品内部产生压降，同时用高阻抗的静电计、电子毫伏计或数字电压表测出其他二根探针的电压即V23(伏)。

(a)仪器接线(b)点电流源(c)四探针排列图1 四探针法测试原理示意图若一块电阻率为ρ的均匀半导体样品，其几何尺寸相对于探针间距来说可以看作半无限大。

如图1(b)所示, 当探针引入的点电流源的电流为I ，由于均匀导体内恒定电场的等位面为球面，则在半径为r 处等位面的面积为2πr 2，电流密度为J=I/2πr 2根据电导率与电流密度的关系可得E ＝2222JI I r r ρσπσπ==由电场强度和电位梯度以及球面对称关系， 则d E dr ϕ=- 22I d Edr dr r ρϕπ=-=-取ｒ为无穷远处的电位为零， 则()202r r r dr d Edr r ϕρϕπ∞∞-I =-=⎰⎰⎰ 则距点电荷r 处的电势为 ()2I r r ρϕπ=上式就是半无穷大均匀样品上离开点电流源距离为ｒ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ｒ处的点的电势的贡献.1. 非直线型四探针对于图1(c)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，2和3探针的电位为：2122411()2I r r ρϕπ=- 3133411()2I r r ρϕπ=-2、3探针的电位差为:2323122413341111()2I V r r r r ρϕϕπ=-=--+ 所以可推导得四探针法测量电阻率的公式为：I V C r r r r I V 2313413241223)1111(2=+--∙=-πρ 式中，134132412)1111(2-+--=r r r r C π为探针系数，单位为cm ；r 12、r 24、r 13、r 34分别为相应探针间的距离。

四探针测试标准“四探针测试标准”是指用四根相互垂直的探针对电路板上某一点进行测试，并得出相应数据的标准方法。

这一标准是电子制造工业中必不可少的一项检测方法，其准确性和可靠性越来越受到人们的重视。

下面分步骤阐述“四探针测试标准”的具体实现方法。

第一步：探针尺寸的确认四探针测试的尺寸非常重要，不同的应用场景需要不同大小的探针。

比如，在芯片测试领域，通常使用直径小于10um的探针。

而在生产线上，则需要更大一些的探针进行检测。

除此之外，探针的材质、长度等也需考虑。

第二步：探针的制作根据不同尺寸需求，制作符合标准的探针。

通常，探针尖端是用金属制成的，以便用于导电测试。

金属杆需要精确加工，确保探针的精度符合标准要求。

之后，探针还需要进行表面处理，通常是镀金或镀银。

第三步：探针的安装要保证测试的准确性，探针必须在正确的位置安装。

通常，测试就接在芯片的表面，需要四个探针沿着水平和垂直方向对芯片进行测试。

要确保四个探针之间的距离均匀，并且安装的准确度必须达到0.1 um以下。

第四步：测试仪器的选择和设置四探针测试需要使用专业设备进行，这些设备通过测量电阻、电容、电感和其它参数来检测芯片或电路板是否工作正常。

测试仪器质量的好坏，直接关系到测试结果的准确性和可靠性。

因此，需要选择高品质的设备，并进行正确的设置。

总之，“四探针测试标准”是一项十分重要的测试方法，可以保证电路板或芯片的质量和可靠性。

选好合适的探针尺寸，制作好合适的探针，正确安装，选择好测试仪器并进行正确设置，才能更好地实现四探针测试标准。

实验七：四探针法测量材料的电阻率和电导率ID:20110010020［实验目的］:1、了解四探针电阻率测试仪的基本原理；2、了解的四探针电阻率测试仪组成、原理和使用方法；3、能对给定的物质进行实验，并对实验结果进行分析、处理［实验原理］:单晶硅体电阻率的测量测试原理：直流四探针法测试原理简介如下:当1、2、3、4根金属探针排成直线时，并以一定的压力压在半导体材料上，在1、4两处探针间通过电流I,则2、3探针间产生电位差V。

材料的电阻率尸/Ss）（1>式中C为探针系数，由探针几何位置、样品厚度和尺寸决定，通常表示为C=F（D/S）・F（W/S）,E乎，W⑵式中：F（WS）F（D/S>Fsp分别样品厚度修正因子、直径修正因子、探针间距修正系数（四探针头合格证上的F值）。

W:片厚，D:片径，S:探针间距。

［实验装置］:使用RTS-4型四探针测试仪1、电气部分：过DC-DC变换器将直流电转换成高频电流，由恒流源电路产生的高频稳定恒定直流电流其量程为0.1mA、1mA、10mA、100mA;数值连续可调，输送到1、4探针上，在样品上产生电位差，此直流电压信号由2、3探针输送到电气箱内。

再由高灵敏，高输入阻抗的直流放大器中将直流信号放大（放大量程有0.763、7.63、76.3）。

放大倍数可自动也可人工选择，放大结果通过A/D转换送入计算机显示出来。

RTS-例四探针测试仪框图如下所示。

国2四探」期试M电气刍分原理方也:2。

测试架探头及压力传动机构、样品台构成，见图3所示，探头采用精密加工，内有弹簧加力装置，测试需要对基片厚度进行测量，以便对探头升降高度进行限制。

图3测试架结构图［实验内容］:一、测试准备：将220V电源插入电源插座，开机后等十分钟在进行测量。

1 .利用标样学习测试参数确定：进入系统，打开主界面。

Q选择参数：选择测试类别（如薄圆片还是棒材电阻率等）；酬入参数：片厚（mm）；直径；选择电流量程。

半导体物理实验——四探针法测半导体材料电阻四探针法的原理是将四个探针分别接触到半导体材料的表面，在一个恒定的电流下测量电压的变化，从而计算出材料的电阻。

与传统的两探针法相比，四探针法排除了接触电阻对电阻测量的干扰，从而得到更为准确的结果。

在进行实验之前，需要准备好以下器材和器件：半导体样品、四探针测试仪、示波器、多用途电源等。

首先，将半导体样品放置在四探针测试台上，保证样品表面平整。

接下来，使用四个探针将样品分别接触，确保四个探针之间的距离尽量相等，并且垂直于样品表面切面。

在接触探针的过程中，需要注意避免对样品造成损伤。

接触完四个探针后，将示波器和多用途电源连接到四探针测试仪上。

示波器用于测量电压的变化，而多用途电源则提供恒定的电流。

通过调节多用途电源的参数，可以使得流过样品的电流保持恒定。

开始实验之前，需要对四探针测试仪进行校准。

校准的目的是消除探针接触电阻的影响，确保测量结果的准确性。

校准时，将四个探针分别接触到一个已知电阻的样品上，通过测量电压和电流的变化来确定校准系数。

校准完成后，开始进行实际的测量。

首先，通过调节多用途电源的参数使得电流稳定在预定的数值。

然后，使用示波器测量电压的变化，并记录下来。

在测量过程中，可以逐渐调节电流的数值，以获得多组测量数据，从而提高测量结果的可靠性。

测量完成后，可以根据测得的电流和电压数据，计算出半导体样品的电阻。

根据四探针法的原理，可以得到以下公式：电阻率ρ = (π/ln2) × (d/U) × (U/I)其中，d是四个探针之间的距离，U是电压的变化值，I是电流的恒定值。

除了电阻率，四探针法还可以用来计算半导体材料的载流子浓度。

载流子浓度是半导体材料性能的重要指标之一，在半导体器件研发和生产过程中有着广泛的应用。

通过四探针法测量半导体材料的电阻，可以得到材料的电学性质信息，为半导体器件的设计和制造提供重要的依据。

实验人员可以根据实验结果，进一步探究半导体材料的物理特性，并优化材料的制备工艺，提高器件的性能。

四探针测试方法分类
四探针测试技术方法分为直线四探针法和方形四探 针法。方形四探针法具有测量较小微区的优点，可以测 试样品的不均匀性，微区及微样品薄层电阻的测量多采 用此方法。
四探针法按发明人又分为Perloff法、Rymaszewski法、 范德堡法、改进的范德堡法等。值得提出的是每种方法 都对被测样品的厚度和大小有一定的要求，当不满足条 件时，必须考虑边缘效应和厚度效应的修正问题。
• 四探针法除了用来测量半导体材料的电阻率以外，在半 导体器件生产中广泛使用四探针法来测量扩散层薄层电 阻，以判断扩散层质量是否符合设计要求。
• 因此，薄层电阻是工艺中最常需要检测的工艺参数之一。
四点探针测试技术
1、概述
四探针法用于测量半导体材料（厚材和薄片）电阻率以 及硅片上的扩散层、离子注入层的方块电阻，也可以测量 玻璃或其他绝缘材料上所形成的导电膜方块电阻。四探针 测试技术已经成为半导体生产工艺中应用最为广泛的工艺 监控手段之一。
14
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ρ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。
若E 为r处的电场强度，则：
E j I 2 r2
下面重点介绍直线四探针法。
13
2、直线四探针法测量原理
在直线四探针技术中，四根探针通常是等距排成一条直 线，给探针施加一定压力，使之垂直地压在一块相对于探针 间距可视为半无穷大的样品上。外侧的两个探针之间施加电 流，中间的两个探针之间放置高精度电压表，就可以测出被 测样品的电阻率。测量电路如下图所示：
扩散层的方块电阻测量

1.厚度修正
f 0 ( ) f 0 ( )
和
f 4 ( )
，
f0(a)和f4(a)分别是对应两种原理时 的厚度修正函数，a=w/s
图8.修正f0(a)和f4(a)曲线图
四探针测试的修正
2.边缘修正
计算比较复杂，难以在实际运用，常用 镜像源法，图形变换法和有限元法
四探针测试的修正
3.温度修正
探针制备方法 FIB 光刻 电子束光刻 混合匹配光刻 传统光刻
最小探针间距
基底材料
300 nm
SiO2微悬臂梁 弹性系数3 N/m Ti /Pt 单悬臂梁 电极宽度200nm
350 nm
柔性SiO2 微悬臂梁 Ti/ Au 四平行SiO2悬臂 梁顶端聚焦方向 生长金属镀层碳 纳米管针尖 可100 nm分辨率 扫描测量表面高 度不同的样品 **2
缺点
探针间距固定，灵活性较差，仅能实现直线式测量；
微观十二点探针：具有探针可调功能
图14.市场化的微观十二点 探针，采用四点测试模式 时最小探针间距1.5μm ， Capres A/S制造。
微观四点STM探针测试系统
将STM技术与四探针原理相互结合，拥有4个可独立驱动 探针的STM用于四点探针的电学表征。每个探针实现独立 操作，四点探针可以实现各种模式和不同探针间距的测量。 四个探针通过检测隧道电流进行反馈控制，使四探针同时 与样品表面接触。通过压电控制使其以原子级分辨率实现 在样品表面的扫描测量。完成四点探针电学表征。 能够原位、非破坏性进行四点探针测量，而且具有STM 的操纵功能：最小探针间距30nm，已经市场化应用。
图19.四探针SYM-MBE-LEED系统
微观四点STM探针测试系统
优点

0
2 s V23 ……………………. (7) B0 I
引进修正因子 B0，已有人对一些常用的样品情况对 B0 的数值做了计算。 通常选择电流
I 2 s 103 B0
由 （7） 式可知，V23 103 即为电阻率的数值。 因此测试时应选择合适的电流， 电流太小， 检测电压有困难； 电流太大会由于非平衡载流子注入或发热引起电阻 率降低。 对于高阻半导体样品， 光电导效应和探针与半导体形成金—半肖特基接触的 光生伏特效应可能严重地影响电阻率测试结果，因此对于高阻样品，测试时应该 特别注意避免光照。 对于热电材料， 为了避免温差电动努对测量的影响，一般采用交流两探针法 测量电阻率。 在半导体器件生产中，通常用四探针法来测量扩散层的薄层电阻。在 p 型 或 n 型单晶衬底上扩散的 n 型杂质或 p 型杂质形成一 pn 结。由于反向 pn 结的隔离作用， 可将扩散层下面的衬底视作绝缘层，因而可由四探针法测出扩散 层的薄层电阻 ， 当扩散层的厚度＜0.53s，并且晶片面积相对于探针间距可视作
六、实验结果及分析处理：
1. 不同尺寸硅片的电阻率和方阻。 2．不同扩散工艺硅片的电阻率和方阻。 3.光照对半导体材料的影响。 4.对实验结果进行讨论。 七、思考题 （1）样品尺寸对硅片的方阻有无影响？为什么？ （2）方块电阻和掺杂浓度有何关系？ （3）光照如何影响材料的电阻率？为什么？ （4） 能否用四探针法测量 n/n+外延片及 p/p+外延片外延层的电阻率和方块电 阻? （5）能否用四探针法测量 n/p 外延片外延层的电阻率和方块电阻？
三、实验内容：
1．用四探针法测量不同尺寸硅片的电阻率和方块电阻； 2．用四探针法测量不同扩散工艺硅片的电阻率和方块电阻； 3. 在有光照和无光照条件下观察硅片方阻值的变化。

4、薄片电阻率测量：当薄片厚度>0.5mm时， 按公式（3）进行；当薄片厚度<0.5mm时， 按公式（4）进行。
5、仪器在中断测量时应将工作选择开关置于 “短路”；电流开关置于弹出断开位置。
电阻率值可由下面公式得出：
C V IG (W S)D (d S)0G (W S)D (d S)
式中：ρ0 为块状体电阻率测量值； W：为样品厚度（um）；S：探针间距（mm）； G(W/S)为样品厚度修正函数，可由附录IA或附录 1B查得； D(d/S)为样品形状和测量位置的修正函数，可由附 录２查得。W/S＜0.5时，实用。 当圆形硅片的厚度满足W/S＜0.5时，电阻率为：
0W S2l1n2D(dS)
2、带扩散层的方块电阻测量 当半导体薄层尺寸满足于半无限大时：
V
V
R0
( )4.53
ln2 I
I
若取I ＝ 4.53 I0，I0为该电流量程满度值， 则R0值可由数字表中直接读出的数乘上10 后得到。
<三> 仪器结构特征
• 数字式四探针测试仪主体部分由高灵敏 度直流数字电压表、恒流源、电源、DCDC电源变换器组成。为了扩大仪器功能 及方便使用，还设立了单位、小数点自 动显示电路、电流调节、自校电路和调 零电路。
• 温度影响电阻率,从面影响电阻
• p=p1(1+aT),p1为该材料0摄氏度时的电阻 率, a叫电阻的温度系数,不同材料的电阻 温度系数不同
• 由R=p*l/s p=p1(1+aT),得
• R=R1(1+aT) 同理,R1为0摄氏度时的电阻
• R=p*l/s(p—电阻率查表求；l—电阻长度 ；s—与电流垂直的电阻截面面
• 为克服测试时探针与样品接触时产生的接触 电势和整流效应的影响。本仪器设立有“粗 调”、“细调”调零电路能产生一个恒定的 电势来补偿附加电势的影响。

V D W F F W ， 选 取 测 试 电 流 I ， 使 I S S
D W I F F S S
然后在仪器上调节 W1 和 W2， 使测试电流显示值为 “□ W ABCD ，
ABCD” 。当选取不同的电流量程时，测试电流显示值与实际电流值的关系如表 3。 按以上方法调节电流后，按 K6 键选择“ R / ” ，按 K5 键选择“ ” ，这时仪器所 显示的数值即为样品电阻率的测试结果（ cm ） 。
值得注意的是它与正方形边长的大小无关，所以取名为方块电阻。 实际上无限薄层是不存在的，但只要薄层的厚度 d <<S / 2 时，可视为无限薄层。 如，在半导体器件制造中，其扩散层的厚度只有数微米（ m ）或更小，一般薄膜材料 的厚度也在几微米以下，多为纳米（ nm ）量级，而探针间距S一般为1mm 左右，所以 无限薄层的条件是能够满足的。 如果薄层的表面不能视为无穷大，就要对（15）式进行修正。此时薄层方块电阻 的公式变为

V D W F F I S S
W
（17）
其中，D 为样品直径，单位：cm； S 为探针间距，单位：cm； W 为样品厚度，单位：cm； F（D/S）为样品直径修正系数，由附表Ⅰ查出； F（W/S）为样品厚度修正系数，由附表Ⅱ查出； I 为 1、4 探针流过的电流值，单位：mA； V 为 2、3 探针间的电压值，单位：mV. （2）薄层方块电阻 R ( / ) ：
（5）
（6）
V23 V2 V3
所以，样品的电阻率为：
I 1 1 1 1 ( ) 2 r12 r24 r13 r34
（7）

2 V23 1 1 1 1 ( ) 1 I r12 r24 r13 r34

材料电阻率的测量（四探针法）一：实验目的1：熟悉四探针法测量电阻率和薄层电阻的原理及测量方法。

2：了解影响电阻率测量的各种因素及改进措施。

二：实验仪器1:实验仪器：RTS-5 型双电测四探针测试仪RTS-5 型双电测四探针测试仪测量原理通过采用四探针双位组合测量技术，将范德堡测量方法推广应用到直线四探针上。

利用电流探针和电压探针的组合变换，进行两次电测量，其最后计算结果能自动消除由样品几何尺寸、边界效应以及探针不等距和机械游移等因素所引起的，对测量结果的不利影响。

因而在测试过程中，在满足基本条件下可以不考虑探针间距、样品尺寸及探针在样品表面上的位置等因素。

这种动态地对以上不利因素的自动修正，显著降低了其对测试结果的影响，从而提高了测量结果的准确度。

其优点是目前广泛使用的常规四探针测量方法根本办不到的。

2:技术指标A:测量范围电阻率：0.001～200Ω.cm(可扩展)；方块电阻：0.01～2000/□(可扩展)；电导率：0.005～1000s/cm；适合样品厚度：≤3.00mm；可测晶片直径：140mmX150mm (配 S-2A 型测试台)；200mmX200mm (配 S-2B 型测试台)；400mmX500mm (配 S-2C 型测试台)；B:恒流源电流量程分为 0.1mA、1mA、10mA、100mA 四档，各档电流连续可调；C:数字电压表量程及表示形式：000.00～199.99mV；分辨力：10μV；输入阻抗：＞1000MΩ；精度：±0.1%；显示：四位半红色发光管数字显示；极性、超量程自动显示；D:四探针探头基本指标间距：1±0.01mm；针间绝缘电阻: ≥1000MΩ；机械游移率: ≤0.3％；探针：碳化钨或高速钢材质，探针直径Ф0.5mm；探针压力：5～16 牛顿(总力)；E:四探针探头应用参数见探头附带的合格证，合格证含三参数项：C：探针系数； F：探针间距修正因子； S：探针平均间距；F: 模拟电阻测量相对误差（按 JJG508- - 87 进行）0.1Ω、1Ω、10Ω、100Ω≤0.3％±１字；G:整机测量最大相对误差（用硅标样片:0.01-180Ω.cm测试）≤±4%；H:整机测量标准不确定度≤4％；I:外型尺寸（大约）电气主机：370mm×320mm×100mm；S-2A 型测试台：190mm×140mm×260mm；S-2B 型测试台：300mm×210mm×400mm；S-2C 型测试台：500mm×400mm×350mm；J:仪器重量（大约）电气主机：3.5kg；S-2A 型测试台：2kg；S-2B 型测试台：2.5kg；S-2C 型测试台：4kg；；K:标准使用环境温度:：23±2℃；相对湿度：≤65％；无高频干扰；无强光直射；三:实验原理1：电阻率的测量是半导体材料常规参数测量项目之一2:四探针法是一种广泛采用的标准方法，在半导体工艺中最为常用，其主要优先在于设备简单，操作方便，准确度高，对样品的几何尺寸无严格要求。

实验一 四探针法测电阻率引言电阻率是反映半导体材料导电性能的重要参数之一。

测量电阻串的方法很多，四探针法是一种广泛采用的标准方法。

它的优点是设备简屯操作方便，精确度向，对样品的形状无严格要求。

本实验的目的是：掌握四探针测试电阻率的原理、方法和关于样品几何尺寸的修正，并了解影响测试结果的因素。

原理在一块相对于探针间距可视力半无穷大的均匀电阻率的样品上，有两个点电流源1、4。

电流由1流入，从4流出。

2、3是样品上另外两个探针的位置，它们相对于1、4两点的距离分别为、、、，如图1所示。

在半无穷大的均匀样品上点电流源所产生的电力线具有球面对称性，即等势面为一系列以点电流源为中心的半球面，如图2所示。

12r 42r 13r 43r图1 位置任意的是探针 图2 半无穷大样品上点电流源的半球等势面 若样品电阻率为ρ，样品电流为I ，则在离点电流源距离为r 处的电流密度J 为：22r I J π=（1） 又根据ρε=J （2）其中，ε为r 处的电场强度，有（1）、（2）式得22rI πρε= （3） 根据电场强度和电势梯度得关系及球面对称性可得 drdV −=ε 取r 为无穷远处得电势V 为零，则有 ∫∫∞−=r r V dr dV ε)(0r I r V 12)(πρ= （4）式（4）代表一个点电流源对距r 处点的点势的贡献。

在图1的情况，2、3两点的电势应为1、4两个相反极性的电电流源的共同贡献，即：11(242122r r I V −=πρ （5） )11(243133r r I V −=πρ （6）2、3两点的电势差为)1111(2431342122r r r r I V +−−=πρ 由此可以得出样品的电阻率为：1111(24313421223r r r r I V +−−=πρ （7）这就是利用四探针法测量电阻率的普遍公式。

只需测出流过1、4探针的电流；2、3探针间的电势差以及四根探针之间的距离，就可利用（7）式求出样品的电阻率。

的测量，如电导率、迁移率等，为材料科学和电子学等领域的研究提供
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导线
用于连接测试设备和样品，需选用低 阻抗导线。
实验环境与条件
01
02
03
实验室环境
保持实验室温度、湿度和 清洁度等环境因素稳定， 以保证测量结果的准确性。
电源条件
确保电源电压稳定，避免 电压波动对测量结果的影 响。
安全措施
实验操作过程中需注意安 全，遵守实验室安全规定， 确保实验人员和设备的安 全。
07
结论与展望
研究结论
1 2
电阻率测量精ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ高
四探针方法通过四个探针同时接触样品，能够有 效地减小接触电阻和测量误差，从而获得更高的 电阻率测量精度。
适用范围广
四探针方法适用于各种不同类型和规格的样品， 如金属、半导体、陶瓷等，具有较广的适用范围。
3
操作简便
四探针方法不需要对样品进行特殊处理或制备， 只需将探针放置在样品上即可进行测量，操作简 便易行。
随着科技的发展，四探针方法的应用领域不断拓展，不仅局限于半导体和金属材料检测。
在新能源领域，如太阳能电池和燃料电池的生产过程中，四探针方法可用于检测材料的电阻 率，提高电池性能和稳定性。
在环境监测领域，四探针方法可应用于土壤电阻率的测量，为土壤污染治理和土地资源管理 提供依据。此外，在地质勘探、生物医学和食品检测等领域，四探针方法也展现出广阔的应 用前景。
的测量。
四探针的优点与局限性
优点
四探针法具有较高的测量精度和稳定 性，适用于各种形状和尺寸的样品， 且操作简便、快速。
局限性
四探针法需要与被测材料直接接触， 可能会对材料表面造成损伤或污染； 同时对于导电性较差或不均匀的材料 ，测量结果可能存在误差。

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］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 rdR 22πρ=， 它们之间的电位差为 dr r IIdR dV 22πρ==。

探针方法测量半导体的电阻率
〈一〉实验目的
〈二〉实验原理
〈三〉仪器结构特征
〈四〉操作步骤
〈五〉注意事项
〈六〉技术参数
<一> 实验目的
1、理解四探针方法测量半导体电阻率的原理； 2、学会用四探针方法测量半导体电阻率。
<二> 实验原理
1、体电阻率测量：
当１、２、３、４四根 金属探针排成一直线时， 并以一定压力压在半导体 材料上，在１、４两处探 针间通过电流I，则２、３
• 为克服测试时探针与样品接触时产生的接触
电势和整流效应的影响。本仪器设立有“粗 调”、“细调”调零电路能产生一个恒定的 电势来补偿附加电势的影响。 • 仪器自较电路中备有精度为0.02％、阻值为 19.96的标准电阻,作为自校电路的基础，通 过自校电路可以方便地对数字电压表精度和 恒流源进行校准。
在半导体材料断面测量时：直径范围
Φ15~100mm，其高度为400mm，如果要对大
于400mm长单晶的断面测量，可以将座体的
V型槽有机玻璃板取下，座体设有一个腰形
孔，用户可以根据需要增设支衬垫块使晶体
长度向台下延伸，以满足测量长单晶需求，
测试架有专门的屏蔽导线插头与电气箱联结。
<四> 实验步骤
1、测试准备：电源开关置于断开位置，工作 选择置于“短路”，电流开关处于弹出切断 位置。将测试样品放在样品架上，调节高度 手轮，使探针能与其表面保持良好接触。
• 温度影响电阻率,从面影响电阻 • p=p1(1+aT),p1为该材料0摄氏度时的电阻 率, a叫电阻的温度系数,不同材料的电阻 温度系数不同 • 由R=p*l/s p=p1(1+aT),得 • R=R1(1+aT) 同理,R1为0摄氏度时的电阻 • R=p*l/s(p—电阻率查表求；l—电阻长度 ；s—与电流垂直的电阻截面面

若电流取I = C 时，则ρ＝V，可由数字电压表直 接读出。
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温度影响电阻率,从面影响电阻 p=p1(1+aT),p1为该材料0摄氏度时的电阻率, a叫电阻
的温度系数,不同材料的电阻温度系数不同 由R=p*l/s p=p1(1+aT),得 R=R1(1+aT) 同理,R1为0摄氏度时的电阻 R=p*l/s(p—电阻率查表求；l—电阻长度；s—与电流
4、将工作选择档置于“自校”，使电流显示出“１９９＊”， 各量程数值误差为４字。
5、将工作选择档置于“调节”，电流调节在I＝6.28=C，C为 探针几何修正系数。
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1.显示板 2、单位显示灯 3、电流量程开关 4、工作选择开关 （短路、测量、调节、自校选择）5、电压量程开关6、输入插 座7、调零细调8、调零粗调9、电流调节10、电源开关11、电 流选择开关 12、极性开关
<三> 仪器结构特征
数字式四探针测试仪主体部分由高灵敏度直流数字电 压表、恒流源、电源、DC-DC电源变换器组成。为了 扩大仪器功能及方便使用，还设立了单位、小数点自 动显示电路、电流调节、自校电路和调零电路。
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仪器电源经过DC-DC变换器，由恒流源电路产生一个高稳定 恒定直流电流，其量程为10μA、100μA、1mA、10mA、 100mA，数值连续可调，输送到１、４探针上，在样品上 产生一个电位差，此直流电压信号由２、３探针输送到电气 箱内。具有高灵敏度、高输入阻抗的直流放大器中将直流信 号放大（放大量程有0.2mV、2mV、20mV 、200mV、 2V），再经过双积分A/D变换将模拟量变换为数字量，经由 计数器、单位、小数点自动转换电路显示出测量结果。
当圆形硅片的厚度满足W/S＜0.5时，电阻率为：

薄膜电阻测试方法
薄膜电阻测试方法是一种用于测量薄膜材料电阻值的实验方法。

这种测试方法通常用于评估薄膜材料的导电性能和电阻率等电学性质。

下面将介绍一种常用的薄膜电阻测试方法：四探针法。

四探针法是一种非破坏性的电阻测试方法，它使用四个探针与薄膜材料接触，以测量材料的电阻值。

这种测试方法适用于各种薄膜材料，如金属、半导体、绝缘体等。

一、实验原理
四探针法是基于惠斯通电桥原理的一种测试方法。

在实验中，四个探针按照一定的间距排列，其中两个探针作为电流源，另外两个探针作为电压表。

当电流源向薄膜材料施加电流时，会产生电压降，从而在电桥中产生电压。

通过测量电桥中的电压，可以计算出薄膜材料的电阻值。

二、实验步骤
1. 准备实验器材：四探针测试仪、薄膜样品、电极夹具、稳压电源、电学测量仪表等。

2. 将薄膜样品放置在电极夹具中，确保样品表面平整无瑕疵。

3. 将四探针测试仪连接到稳压电源和电学测量仪表上。

4. 将四探针探头与薄膜样品接触，调整探针间距，使其与样品尺寸相适应。

5. 打开稳压电源，向薄膜样品施加电流，观察电学测量仪表的读数。

6. 记录实验数据，包括电流值、电压值和探针间距等。

7. 根据实验数据计算薄膜材料的电阻值。

三、实验注意事项
1. 在实验过程中要保持实验室环境的清洁和干燥，避免影响实验结果的准确性。

2. 在将四探针探头与薄膜样品接触时，要确保探头与样品表面平行，避免探头倾斜或与样品表面不平整而导致测量误差。

3. 在记录实验数据时，要保证电流和电压的稳定性，避免因电源波动或电路噪声等因素影响测量结果的准确性。