实验二半导体电阻率和方阻测量的研究教程.docx

PAGE  PAGE 10 实验二 半导体电阻率和方阻测量的研究 一 、实验意义 电阻率是半导体材料的重要电学参数之一, 可以反映出半导体内浅能级替位杂质浓度，薄层电阻是表征半导体掺杂浓度的一个重要工艺参数。测量电阻率与薄层电阻的方法很多，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特点。 二、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。 三、实验原理 测 量　原理： 将四根排成一条直线的探针以一定的压力垂直地压在被测样品表面上，在 1、4 探针间通以电流 I(mA)，2、3 探针间就产生一定的电压 V(mV)(如图1)。测量此电压并根据测量方式和样品的尺寸不同，可分别按以下公式计算样品的电阻率、方块电阻、电阻： ` 图１.直线四探针法测试原理图 ↓ V 1 2 3 4 ↑  = 1 \* GB3 ①. 薄圆片(厚度≤4mm)电阻率： F（D/S）╳ F（W/S）╳ W ╳ Fsp Ω·cm …(1) 其中：D—样品直径，单位：cm或mm，注意与探针间距S单位一致； S—平均探针间距，单位：cm或mm，注意与样品直径D单位一致(四探针头合格证上的S值)； W—样品厚度，单位：cm，在F(W/S)中注意与S单位一致； Fsp—探针间距修正系数(四探针头合格证上的F值)； F(D/S)—样品直径修正因子。当D→∞时，F(D/S)=4.532，有限直径下的F(D/S)由附表B查出： F(W/S)—样品厚度修正因子。W/S0.4时，F(W/S)=1；W/S0.4时，F(W/S)值由附表C查出； I—1、4探针流过的电流值，选值可参考表5.2(第6页表5.2)； V—2、3探针间取出的电压值，单位mV；  = 2 \* GB3 ②. 薄层方块电阻Ｒ□： Ｒ□＝ F（D/S）╳F（W/S）╳ Fsp Ω/□ …(2) 其中：D—样品直径，单位：cm或mm，注意与探针间距S单位一致； S—平均探针间距，单位：cm或mm，注意与样品直径D单位一致(四探针头合格证上的S值)； W—样品厚度，单位：cm，在F(W/S)中注意与S单位一致； Fsp—探针间距修正系数(四探针头合格证上的F值)； F(D/S)—样品直径修正因子。当D→∞时，F(D/S)=4.532，有限直径下的F(D/S)由附表B查出： F(W/S)—样品厚度修正因子。W/S0.4时，F(W/S)=1；W/S0.4时，F(W/S)值由附表C查出； I—1、4探针流过的电流值，选值可参考表5.1(第6页表5.1)； V—2、3探针间取出的电压值，单位mV； ①双面扩散层方块电阻Ｒ□ 可按无穷大直径处理，此时F(D/S)=4.532，由于扩散层厚度W远远小于探针间距，故F(W/S)=1，此时 Ｒ□=4.532Fsp ②单面扩散层、离子注入层、反型外延层方块电阻 此时F(D/S)值应根据D/S值从附表C中查出。另外由于扩散层、注入层厚度W远远小于探针间距，故F(W/S)=1，此时有 Ｒ□＝ F（D/S）Fsp  = 3 \* GB3 ③. 棒材或厚度大于 4mm 的厚片电阻率ρ： 当探头的任一探针到样品边缘的最近距离不小于 4S 时，测量区的电阻率为： Ω·cm …(3) 其中：C＝2πS为探针系数，单位：cm (四探针头合格证上的C值)； S 的取值来源于:1/S=（1/S1 +1/S3 –1/(S1+S3) –1/(S2+S3)），S1为(1-2)针、S2为(2-3)针、 S3 为(3-4)针的间距，单位：cm； I—1、4探针流过的电流值，单位mA,选值可参考表5.2(第6页表5.2)； V—2、3探针间取出的电压值，单位mV；  = 4 \* GB3 ④. 电阻的测量： 应用恒流测试法，电流由样品两端流入同时测量样品两端压降。样品的电阻为： Ω …(3) 其中：I—样品两端流过的电流值，单位mA,选值可参考表5.2(第6页表5.2)； V—样品两端取出的电压值，单位mV； 四、实验装置： 仪器分为电气部分、测试架两大部分，可以根据测试需要安放在一般工作台或者专用工作台上。 仪器电气原理如下图所示 220V 电源 滤波 (一) 滤波 稳压(二) 恒流 电流选档换向控制 样品测试