四探针测试仪测量薄膜的电阻率
一、 实验目的
1、掌握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
采用SDY-5型双电测四探针测试仪（含：直流数字电压表、恒流源、电源、DC-DC电源变换器）。
三、实验原理
电阻率的测量是半导体材料常规参数测量项目之一。测量电阻率的方法很多，如三探针法、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。
1、半导体材料体电阻率测量原理
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，则所产生的电场具有球面的对称性， 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：
若E为ｒ处的电场强度， 则：
由电场强度和电位梯度以及球面对称关系， 则：
取ｒ为无穷远处的电位为零， 则：
（1） drdEdrrIEdrd22)(022rrrrdrEdrd图2 任意位置的四探针 图1 点电流源电场分布
rlr2)(2 / 10 图3 四探针法测量原理图 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。
对图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1式可知，2和3探针的电位为：
2、3探针的电位差为：
此可得出样品的电阻率为：
上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V23，代入四根探针的间距， 就可以求出该样品的电阻率ρ。实际测量中， 最常用的是直线型四探针（如图3所示），
四探针测圆形薄片电阻率的计算公式
四探针测圆形薄片电阻率测量是一种采用四探针的简易测量方法来求得一个圆形薄片的对称性和非对称性电阻率。该方法利用直流电流(两极定桥)和电压(四极定桥)测量薄片上不同位置的电阻值。通过将测量桥架内(单位圆)电阻率的均值作为圆形薄片的电阻率,来概括圆形薄片电阻率的测量值。
具体的测量方法是：通过四个探头安装在薄片的同心圆位置上，并按照一般定桥测量原理，用保守自调式DC桥测量四极桥时所有探头之间电压，测得薄片4个位置电阻值，将通过相应倍率变送器转换得到的 4 个电阻值，使用反艾米平法求平均值，并加以合并计算和校核，从而得出圆形片电阻率 ≠(r1,r2,r3,r4) 为：
Ra= 1/2[(1/r1+1/r2+1/r3+1/r4)–4(1/r1r2+1/r1r3+1/r1r4+1/r2r3+1/r2r4+1/r3r4)/(r1+r2+r3+r4)]
从而得出的结果为薄片电阻率的平均值，所以这是一个简便的测量方法，适用于各种良好的耦合条件和薄片参数的形状对称性和对称性电阻率测量。
四探针测量圆形薄片电阻率测量方法可以有效减少圆形片非对称性和不对称性电阻率的影响，准确检测出精细的脉冲特性，这些能大大的改善器件的制造过程和精度。同时，此方法也是一种易于设计使用的简易仪器，代替了耗时费力的仪器状态判断。
总之，四探针测圆形薄片电阻率测量方法是一种先进的技术，用于测量电子部件中圆形薄片电阻率的免维护方案，可准确，可靠地测量圆形薄片上不同位置的电阻值，是当今实现设备质量普及的有效手段。
四探针法测电阻率原理
四探针法是一种常用的测量材料电阻率的方法，它通过在材料表面使用四根探针进行电阻率测量，可以得到较为准确的电阻率数值。四探针法的原理相对简单，但是在实际操作中需要注意一些细节，下面将详细介绍四探针法测电阻率的原理及其操作步骤。
首先，让我们来了解一下四探针法的原理。四探针法是利用四个电极进行电阻率测量的方法，其中两个电极用于加电流，而另外两个电极则用于测量电压。通过这种方式，可以消除电极接触电阻对测量结果的影响，从而得到较为准确的电阻率数值。在进行测量时，需要保持电流电极之间的距离小于电压电极之间的距离，以确保电流在电压电极之间均匀分布，从而避免测量误差。
在实际操作中，四探针法的测量步骤如下，首先，将四个探针分别插入待测材料表面，其中两个探针用于加电流，另外两个探针则用于测量电压。接下来，通过外部电源向电流探针施加一定电流，同时使用电压表测量电压探针之间的电压。根据欧姆定律，通过测量得到的电流和电压值，可以计算出材料的电阻率。
四探针法测量电阻率的优点在于可以消除电极接触电阻对测量结果的影响，从而得到较为准确的电阻率数值。此外，四探针法适用于各种材料的电阻率测量，包括金属、半导体和导体等材料。因此，四探针法在科研和工程领域中得到了广泛的应用。
总之，四探针法是一种常用的测量材料电阻率的方法，通过在材料表面使用四个探针进行电阻率测量，可以得到较为准确的电阻率数值。在实际操作中，需要注意保持电流电极之间的距离小于电压电极之间的距离，以确保电流在电压电极之间均匀分布，从而避免测量误差。四探针法测量电阻率的优点在于可以消除电极接触电阻对测量结果的影响，适用于各种材料的电阻率测量，因此在科研和工程领域中得到了广泛的应用。
利用直流四探针法测量半导体的电阻率
一、测试原理：
当四根金属探针排成一条直线，并以一定压力压在半导体材料上时，在1,4两根探针间通过电流Ｉ，则2,3探针间产生电位差Ｖ（如图所示）。
根据公式可计算出材料的电阻率：
其中，C为四探针的探针系数（cm），它的大小取决于四根探针的排列方法和针距。
二、仪器操作：
（一）测试前的准备：
1、将电源插头插入仪器背面的电源插座，电源开关置于断开位置；
2、工作方式开关置于“短路”位置，电流开关处于弹出位置；
3、将手动测试架的屏蔽线插头与电气箱的输入插座连接好；
4、对测试样品进行一定的处理（如喷沙、清洁等）；
5、调节室内温度及湿度使之达到测试要求。
（二）测试：
首先将电源开关置于开启位置，测量选择开关置于“短路”，出现数字显示，通电预热半小时。
1、放好样品，压下探头，将测量选择开关置于“测量”位置，极性开关置于开关上方；
2、选择适当的电压量程和电流量程，数字显示基本为“0000”，若末位有数字，可旋转调零调节旋钮使之显示为“0000”；
3、将工作方式开关置于“I调节”，按下电流开关，旋动电流调节旋钮，使数字显示为“1000”，该值为各电流量程的满量程值；
4、再将极性开关压下，使数显也为1000±1，退出电流开关，将工作方式开关置于1或6.28处（探头间距为1.59mm时置于1位置，间距为1mm时置于6.28位置）；
（调节电流后，上述步骤在以后的测量中可不必重复；只要调节好后，按下电流开关，可由数显直接读出测量值。）
5、若数显熄灭，仅剩“1”，表示超出该量程电压值，可将电压量程开关拨到更高档； IVC3,26、读数后，将极性开关拨至另一方，可读出负极性时的测量值，将两次测量值取平均数即为样品在该处的电阻率值。
三、注意事项：
1、压下探头时，压力要适中，以免损坏探针；
2、由于样品表面电阻可能分布不均，测量时应对一个样品多测几个点，然后取平均值；
