半导体电阻率的测量

材料物理性能实验六四探针法测半导体电阻率引言：材料的电阻率是衡量材料导电性能的重要指标之一、在半导体材料中，由于带电载流子的特殊特性，其电阻率与探测方法有一定的关联。

因此，对于半导体材料的电阻率测试与分析是十分关键的。

实验目的：通过四探针法测量半导体样品的电阻率，分析半导体电阻率的特点。

实验器材与材料：1.半导体样品2.四探针测试仪3.电源4.万用表5.连接线实验步骤：1.将四探针测试仪的四个探针插入半导体样品的表面，探针之间应呈正方形或矩形排列，并保持一定的间距。

2.打开四探针测试仪，选择合适的电流和电压范围，并进行零点校准。

3.调节电源，使电流通过半导体样品。

4.采集电压和电流的数值，并记录下来。

5.换一个电流方向，重复步骤46.将采集到的数据带入电阻率的计算公式，并计算出半导体样品的电阻率。

7.执行多次实验，取平均值得到更准确的结果。

数据处理：根据步骤6，将采集到的电压和电流数值带入下面的公式计算半导体样品的电阻率：ρ=(V*a)/(I*l)其中，ρ为电阻率，V为电压，I为电流，a为电流方向上的电流距离，l为垂直电流方向上的电流距离。

讨论与分析：通过实验测量得到的半导体样品的电阻率与其物理性质有关。

半导体的电阻率通常较高，且受温度的影响较大。

在常温下，半导体的电阻率通常较大，因为带电载流子在晶体内处于散乱运动的状态，导致电阻增大。

当温度升高时，带电载流子的能量增大，散射减少，电阻率减小。

此外，不同类型的半导体（n型或p型）其电阻率也有所不同。

实验注意事项：1.进行四探针法测量时，应保持探针与半导体样品的接触良好，防止有氧化层或其他杂质影响测量结果。

2.在调节电流和电压范围时，应注意不要超过半导体样品所能承受的最大值，以免损坏样品。

3.进行多次实验取平均值时，应尽量保持实验条件的一致性，以获得准确的结果。

结论：通过实验测量得到的半导体样品电阻率可用于分析半导体的导电特性。

半导体的电阻率通常较高且温度敏感。

探针方法测量半导体的电阻率半导体材料是一类介于导体和绝缘体之间的材料，其电阻率在导体和绝缘体之间。

测量半导体的电阻率对于了解其导电性能以及材料特性非常重要。

其中一种常用的测量方法是探针方法。

探针方法是一种直接测量材料电阻率的方法，它利用了材料的电阻与尺寸、电流和电压之间的关系。

下面将详细介绍探针方法测量半导体电阻率的原理和步骤。

1.原理：探针方法通过在半导体材料上加上一定电流和电压，然后测量电流和电压之间的关系来计算电阻率。

根据欧姆定律，电阻率可以通过以下公式计算：ρ=Ra/(L×A)其中，ρ表示电阻率，R表示电阻，a表示电阻的推销线长度，L表示电流流过的有效长度，A表示截面积。

2.步骤：（1）准备样品：选择适当尺寸和形状的半导体样品，如片状、棒状等。

确保样品表面光洁，以减小接触电阻。

（2）固定样品：将样品固定在一个恒温的环境中，以保持温度的稳定性。

（3）测量电流-电压关系：使用探针仪器，在样品的两个端点接触两个探针，一个用于输入电流，一个用于测量电压。

逐渐增加电流，并记录对应的电压值。

（4）计算电阻率：利用测量到的电流和电压值，计算电阻率。

根据欧姆定律，电阻率可以通过R=V/I计算得到。

（5）考虑材料特性：根据材料的尺寸和形状，以及探针的接触情况来修正计算结果。

比如，对于不同形状的样品，可以根据几何形状的关系来计算电阻率。

探针方法测量半导体电阻率的优点是直接、无损伤地测量样品，可以获得较准确的电阻率值。

然而，探针方法也存在一些局限性，比如接触电阻和温度效应等。

接触电阻是由于探针与样品之间的接触不完美而引起的额外电阻，可能会导致电阻率的测量偏差。

温度效应是由于样品在加上电流后发热，导致温度升高，从而影响电阻率的测量结果。

为了减小这些误差，可以采取一些措施，如使用更小的探头，提高接触的稳定性，降低电流密度以减小温度效应等。

此外，还可以进行多组数据的测量，取平均值，以获得更准确的结果。

总之，探针方法是一种常用的测量半导体电阻率的方法，通过测量电流-电压关系来计算电阻率。

半导体电阻率的测量半导体材料的电阻率，是判断材料掺杂浓度的一个主要参数，它反映了补偿后的杂质浓度，与半导体中的载流子浓度有直接关系。

最早用来测量电阻率P的方法是用一个已知尺寸的矩形样品来测量电阻尺，直接利用p=(V- S“(I • L)得到电阻率，但对于半导体材料，这样测量的电阻率将包括一个不可忽略的接触电阻项。

金属探针与半导体相接触的地方有很大的接触电阻，这个电阻甚至远远超过半导体本身的体电阻。

因此不能用直接法测量半导体材料的电阻率。

常用的接触式测量半导体材料电阻率的方法主要有如下几种：两探针法；三探针法；四探针法；单探针扩展电阻法；范德堡法。

在这篇文章中，我们将主要介绍各种测量半导体电阻率的方法。

(一)两探针法两探针法的主要想法，是利用探针与体电阻直接接触，避免了与测试电阻的接触从而消除误差。

试样为长条形或棒状，且视为电阻率均匀分布。

2A二探针法测试示意图利用高阻抗的电压计测量电阻上的电压从而得到流过半导体的电流，再利用电压计测得 半导体上流过单位长度的电压压降，再测得长度L ,从而得到 尸（V*S ） /（I*L ） , S 为试样表 面积。

（二）三探针法三探针法适用于测量相同导电类型， 低阻衬底的外延层材料的电阻率。

该方法是利用金 属探针与半导体材料接触处的反向电流.电压特性、测定击穿时的电压来获得材料电阻率的 知识的。

金半接触反向偏置时， 外电压几乎全部降在接触处，空间电荷区中电场很大， 载流 子在电场作用下与晶格原子发生碰撞电离。

随着外电场增加，发生雪崩击穿，击穿电压与掺 杂浓度有关，具体关系由经验公式给出，再根据电阻率与杂质浓度的关系图线， 从而可以得到材料的电阻率。

（三）四探针法直线四探针法是用针距约为 1毫米的四根探针同时压在样品的平整表面上，。

利用恒流 源给I 、4探针通以一个小电流，然后用高输入阻抗的电位差计、电子毫伏计或数字电压表 测量电压。

利用高阻值电压计测得 2、3探针间的电压值， 从而根据公式 p =V 23 *c/l 。

半导体电阻率的多种测量方法应用与注意事项(1)半导体电阻率的多种测量方法应用与注意事项依据掺杂水平的不同，半导体材料可能有很高的电阻率。

有几种因素可能会使测量这些材料电阻率的工作复杂化，其中包括与材料实现良好接触的问题。

已经设计出专门的探头来测量半导体晶圆片和半导体棒的电阻率。

这些探头通常使用硬金属，如钨来制作，并将其磨成一个探针。

在这种情况下接触电阻非常高，所以应当使用四点同线（collinear）探针或者四线隔离探针。

其中两个探针提供恒定的电流，而另外两个探针测量一部分样品上的电压降。

利用被测电阻的几何尺寸因素，就可以计算出电阻率。

看起来这种测量可能是直截了当的，但还是有一些问题需要加以注意。

对探针和测量引线进行良好的屏蔽是非常重要的，其理由有三点：1 电路涉及高阻抗，所以容易受到静电干扰。

2 半导体材料上的接触点能够产生二极管效应，从而对吸收的信号进行整流，并将其作为直流偏置显示出来。

3 材料通常对光敏感。

四探针技术四点同线探针电阻率测量技术用四个等距离的探针和未知电阻的材料接触。

此探针阵列放在材料的中央。

图4-25是这种技术的图示。

已知的电流流过两个外部的探针，而用两个内部的探针测量电压。

电阻率计算如下：其中：V = 测量出的电压（伏特）I = 所加的电流（安培）t = 晶圆片的厚度（厘米）k = 由探头与晶圆片直径之比和晶圆片厚度与探头分开距离之比决定的修正因数。

如图4-26所示，更实际的电路还包括每个探针的接触电阻和分布电阻（r1到r4）、电流源和电压表从其LO端到大地的有限的电阻（RC和RV）和电压表的输入电阻（RIN）。

依据材料的不同，接触电阻（r）可能会比被测电阻（R2）高300倍或更高。

这就要求电流源具有比通常期望数值高得多的钳位电压，而电压表则必须具有高得多的输入电阻。

电流源不是与大地完全隔离的，所以当样品的电阻增加时，就更需要使用差分式静电计。

存在问题的原因是样品可能具有非常高的电阻（108Ω或更高），此数值和静电计电压表的绝缘电阻（输入LO端到壳地，RV）具有相同的数量级。

实验三 四探针法测量半导体电阻率、薄层电阻一. 实验目的与意义电阻率是半导体材料的重要电学参数，它能反映半导体内浅能级替位杂质的浓度。

薄层电阻是用来表征半导体掺杂浓度的一个重要工艺参数，也可用来表示半导体薄膜的导电性。

测量电阻率和薄层电阻的方法有很多种，如二探针法、扩展电阻法等。

而四探针法是目前广泛采用的标准方法，它具有操作方便，精度较高，对样品的几何形状无严格要求等优点。

本实验的目的是使学生掌握四探针法测量半导体电阻率和薄层电阻原理、方法；熟悉四探针测试仪；并能针对半导体样品的不同几何尺寸进行测量数值的修正。

二. 实验原理设样品电阻率ρ均匀，样品几何尺寸相对于探针间的距离可看成半无穷大。

引入点电流源的探针其电流强度为I ，则所产生的电力线有球面对称性，即等位面是以点电流源为中心的半球面，如图3-1所示。

在以r 为半径的半球上，电流密度j 的分布是均匀的。

图3-1 探针与被测样品接触点的电流分布22rIj π=（3-1） 若E 为r 处的电场强度，则22r I j E πρρ== (3-2) 取r 为无穷远处的电位ф为零，并利用 drd E φ-=，则有：⎰⎰⎰∞∞-=-=)(022r rr r drI Edr d ϕπρϕ （3-3） ()rIr πρφ2=（3-4） Ir式（3-2）就是半无穷大均匀样品上离开点电流源距离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对距离为r 处的点的电势的贡献。

图3-2 四根探针与样品接触示意图对于图3-2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（3-3）得到探针２和３的电位为：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=24122112r r I πρϕ (3-5)⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=34133112r r I πρϕ (3-6) 探针２、3电位差为：3223ϕϕ-=V ，由此得出样品电阻率为：I V C r r r r I V 231341324122311112=⎪⎪⎭⎫⎝⎛+--=-πρ （3-7） 式(3-7)就是利用直流四针探法测量电阻率的普遍公式。

一、概述在半导体材料的研究和生产过程中，测量半导体薄膜的电阻率是一个非常重要的工作。

而四探针法是一种常用的测量方法，通过它可以准确地测量出半导体薄膜的电阻率。

本文将就四探针法测量半导体薄膜电阻率的基本原理进行探讨。

二、四探针法的基本原理1. 传统的电阻率测量方法在传统的电阻率测量方法中，常使用两个探针来测量样品的电阻率。

然而，在测量半导体薄膜等高阻抗材料时，由于探针电阻和样品电阻的影响，传统方法往往会产生较大的测量误差。

2. 四探针法的优势四探针法是在传统方法的基础上进行改进和优化的测量方法。

它采用四个探针，其中两个探针用来施加电流，另外两个探针用来测量电压，在测量时可以减小探针电阻的影响，从而得到更加准确的电阻率测量结果。

四探针法在测量半导体薄膜电阻率时具有明显的优势。

三、四探针法实验步骤1. 准备工作在进行四探针法的实验之前，首先需要准备好样品和四探针装置。

样品的制备需要精确控制其厚度和形状，并在表面涂覆一层导电性良好的金属膜作为探针接触的介质。

四探针装置需要经过精密校准，以确保探针的位置准确。

2. 实验操作（1）将样品放置在四探针装置上，并通过调节探针的位置使其均匀接触样品表面。

（2）施加固定大小的电流，并利用另外两个探针测量样品上的电压。

（3）根据所测得的电流和电压值，计算出样品的电阻率。

（4）重复实验，计算平均值，并进行多次测量以确保结果的准确性。

3. 数据处理在进行四探针法测量后，得到一系列样品的电阻率数据。

需要对这些数据进行分析和处理，计算出样品的平均电阻率值，并进行统计学分析，以验证实验结果的可靠性。

四、四探针法的应用与发展1. 应用领域四探针法在半导体薄膜、导电陶瓷、薄膜材料等领域具有广泛的应用。

其准确性和稳定性使其成为科研和工业界测量电阻率的首选方法。

2. 发展趋势随着科学技术的不断进步，四探针法也在不断发展和改进。

人们正在研究利用纳米技术和微机电系统技术，开发出更小型化、更精密的四探针装置，以提高测量的精准度和效率。