四探针法通常用来测量半导体的电阻率

四探针法通常用来测量半导体的电阻率。四探针法测量电阻率有个非常大的优点,它不需要校准;有时用其它方法测量电阻率时还用四探针法校准。
 
中文名四探针法外文名Four probe method,用    途测量半导体的电阻率优    点不需要校准算法总电阻值RT = V/I = 2RW + 2RC + RDUT测试条件测量区域的电阻率应是均匀的
目录
  1. 1 简介
  2. 2 测量方法
  3. 3 直线四探针法的测准条件分析
  4. 4 干扰因素


四探针法简介
四探针法是测量扩散层薄层电阻的最通常的方法。用四个等距的金属探针接触硅表面,外边的两令探针通直流电流I,中间两个探针之间的电压降V由电位差计测量。由所测得的电流I和电压V,利用关于样品和探针几何结构的适当校正因子,可以直接换算成薄层电阻。
四探针法

四探针法测量方法
与四探针法相比,传统的二探针法更方便些,因为它只需要操作两个探针,但是处理二探针法得到的数据却很复杂。如图一,电阻两端有两个探针接触,每个接触点既测量电阻两端的电流值,也测量了电阻两端的电压值。
图一.二探针法
我们希望确定所测量的电阻器的电阻值,总电阻值:
RT = V/I = 2RW + 2RC + RDUT;
其中RW是导线电阻,RC是接触电阻,RDUT是所要测量的电阻器的电阻,显然用这种方法不能确定RDUT的值。矫正的办法就是使用四点接触法,即四探针法。如图二,电流的路径与图一中相同,但是测量电压使用的是另外两个接触点。尽管电压计测量的电压也包含了导线电压和接触电压,但由于电压计的内阻很大,通过电压计的电流非常小,因此,导线电压与接触电压可以忽略不计,测量的电压值基本上等于电阻器两端的电压值。
通过采用四探针法取代二探针法,尽管电流所走的路径是一样的,但由于消除掉了寄生压降,使得测量变得精确了。四探针法在Lord Kelvin使用之后,变得十分普及,命名为四探针法。
图二.四探针法

四探针法直线四探针法的测准条件分析
用直流四探针法测量电阻率时,必须满足以下测试条件:
1、测量区域的电阻率应是均匀的。为此针距不宜过大,一般采用1mm左右较适宜。
2、四根探针应处于同一平面的同一条直线上,因此样品表面应平整。
3、四探针与试样应有良好的欧姆接触。因此探针应当比较尖,与样品的接触点应为半球形,使电流入射状发散(或汇拢),且接触半径应远远小于针距。要求针尖可压痕的线度必须小于100m,针尖应有一定压力,一般取20N为宜。 [1] 
4、电流通过样品时不应引起样品的电导率发生变化。因为由探针流入到半导体样品中的电流往往是以少子方式注人的。例如n型材料样品,电流往往不以电子(多子)从样品流出进入到探针,而是以空穴(少子)向n型样品注入。这种少子注入效应随电流密度增加而加强,当电流密度较大时,注入到样品的少子浓度就可以大大增加,以致使样品在测量道区域的电导率增加,这样测量出的电阻率就不能代表样品的实际电阻率。因此,应在小注入弱电场情况下进行测量,具体地说,样品中的电场强度E应小于1V/cm。
5、上面提到的少子注入效应,一方面与电流密度有关;另一方面还与注入处的表面状况和样品本身电阻率有关。因为注入进去的少子是非平衡载流子,依靠杂质能级和表面复合中心与多子相复合,因此如果材料本身的电阻率低,那么非平衡少子寿命也低。若表面又经过粗磨或喷砂处理,产生很多复合中心,这样注入到样品中的少子就在探针与样品接触点附近很快复合掉,减小了少子对测量区电导率的影响,从而保证电阻率测量的正确性。

四探针法干扰因素
1、光照可能严重影响观察电阻率,特别是近似本征材料。因此所有测试应在暗室进行,除非是待测样品对周围的光不敏感。
2、当仪器放在高频干扰源附近时,测试回路中会引入虚假电流。因此仪器要有电磁屏蔽。
3、试样中电场强度不能过大,以避免少数载流子注入。如果使用的电流适当,则用该电流的两倍或一半时,引起电阻率的变化应小于0.5%。
4、由于电阻率受温度影响,一般测试适用温度为23℃±1℃。
5、对于厚度对测试的影响,一般测量用户可以根据实际需要确定厚度的要求偏差。
6、由于探针压力对测量结果有影响,测量时应选择合适的探针压力。
7、仲裁测量时选择探针间距为1.59mm,非仲裁测量可选择其他探针间距

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