国家标准《硅单晶电阻率的测定直排四探针法和直流两探针法

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。

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 2-1 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：
j= I 2πr 2
（2-1）
若 E 为ｒ处的电场强度， 则
E = jρ = Iρ 2πr2
2
r12
1 r13
3
r34
4
r24
ss s
12
3
4
图 2-2 任意位置的四探针
图 2-3 直线型四探针
ρ = V23 2πS I
（2-9）
2-9 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。
包围。同样需要注意的是当片状样品不满足极薄样品的条件时，仍需按式(2.10)计算电阻
率P。其修正系数Bo列在表 2.3 中。
2. 扩散层的薄层电阻
半导体工艺中普遍采用四探针法测量扩散层的薄层电阻，由于反向 pn 结的隔离作
用，扩散层下的衬底可视为绝缘层，对于扩散层厚度(即结深 Xj)远小于探针间距 S，而横
向尺寸无限大的样品，则薄层电阻率为：
s d
d 2d
ρ = 2π s × V
B0
I
s d
B0
s d
0.1
1.0009
0.6
B0
s d
1.1512
1.2
B0 1.7329
0.2

四探针法测量材料的电阻率和电导率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。

式中C为探针系数，由探针几何位置、样品厚度和尺寸决定，通常表示为式中：F(W S)、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、10 mA、100 mA；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-4型四探针测试仪框图如下所示。

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。

①选择参数：选择测试类别（如薄圆片还是棒材电阻率等）；②输入参数：片厚（mm）；直径；选择电流量程。

③试测量，记录测试结果。

2. 与标准样品参数比较按照已知条件标准样品在环境温度23℃时，电阻率为：0.924Ω*cm（中心点），与测量结果对比，说明产生差别的原因。

硅片电阻率的测试一、实验目的1. 了解半导体材料方块电阻的概念。

2. 理解四探针法测量半导体电阻率和方块电阻的原理；3. 学会使用四探针测试仪测量硅圆薄片的电阻率。

二、实验原理1. 方块电阻的定义如图1所示，方形薄片，截面积为A ，长、宽、厚分别用L 、w 、d 表示，材料的电阻率为ρ，当电流如图示方向流过时，若L =w ，这个薄层的电阻称为方块电阻，一般用R □表示，单位为Ω/□。

图1方块电阻的定义对于杂质均匀分布的样品，若该半导体薄层中杂质均匀分布，则薄层电阻R 为：wd L A L R ⋅⋅=⋅=ρρ wL R w L d · =⋅=ρ 式中，R □=dρ，为方块电阻，L/w 为长宽比，又称方数。

2.图2四探针法测量电阻率和方块电阻如图2所示，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(mA)，则2、3探针间的电压为V 23(mV)。

根据以下公式计算薄圆片（厚度≤4mm ）的电阻率和方块电阻。

SP 23F W F(W/S)F(D/S)⨯⨯⨯⨯=IV ρ Ω·cm (1) W F(W/S)F(D/S)R 23⨯⨯⨯=IV Ω/□ (2) 式中，D 为样品直径，单位cm 或mm （注意与探针间距S 单位一致）；S 为探针间距，单位cm 或mm ，本实验采用的测试仪S =1mm ；W 为样品厚度，单位cm 或mm （注意与探针间距S 单位一致）；Fsp 为探针间距修正系数(合格证上的F 值)；F(D/S)为样品直径修正因子，可查说明书附表B 得到；F(W/S)为样品厚度修正因子，可查说明书附表C 得到。

三、实验器材1. RTS-8型四探针测试仪，一台；2. 游标卡尺、千分尺，各一把；3. 单晶/多晶硅片，一片。

四、实验内容（一）测试前准备1. 按后面板说明用连线电缆将四探针探头与主机连接好，接上电源。

2. 开启主机电源开关，此时“R □”和“I ”指示灯亮，预热约10分钟（二）测试1. 用游标卡尺测量硅片的直径D ，一共测量3次，然后计算其平均值D ，实验数据记录表1中。