探針方法測量半導(dǎo)體的電阻率

探針方法測量半導(dǎo)體的電阻率第1頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六〈一〉實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹炊祵?shí)驗(yàn)原理〈三〉儀器結(jié)構(gòu)特征〈四〉操作步驟〈五〉注意事項(xiàng)〈六〉技術(shù)參數(shù)第2頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六<一>實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、理解四探針方法測量半導(dǎo)體電阻率的原理；2、學(xué)會用四探針方法測量半導(dǎo)體電阻率。第3頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六<二>實(shí)驗(yàn)原理1、體電阻率測量：四探針法測量原理圖當(dāng)１、２、３、４四根金屬探針排成一直線時(shí)，并以一定壓力壓在半導(dǎo)體材料上，在１、４兩處探針間通過電流I，則２、３探針間產(chǎn)生電位差V。第4頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六材料電阻率式中：S1、S2、S3分別為探針１與２，２與３，３與４之間距，用cm為單位時(shí)的值，S1=S2=S3=1mm.每個(gè)探頭都有自己的系數(shù)。C6.280.05單位cm。

若電流取I=C時(shí)，則ρ＝V，可由數(shù)字電壓表直接讀出。探針系數(shù)(1)(2)第5頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六（a）塊狀和棒狀樣品體電阻率測量：由于塊狀和棒狀樣品外形尺寸與探針間距比較，合乎于半無限大的邊界條件，電阻率值可以直接由（１）、（２）式求出。第6頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六（b）簿片電阻率測量簿片樣品因?yàn)槠浜穸扰c探針間距比較，不能忽略，測量時(shí)要提供樣品的厚度形狀和測量位置的修正系數(shù)。第7頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六電阻率值可由下面公式得出：式中：ρ0為塊狀體電阻率測量值；W：為樣品厚度（um）；S：探針間距（mm）；G(W/S)為樣品厚度修正函數(shù)，可由附錄IA或附錄1B查得；D(d/S)為樣品形狀和測量位置的修正函數(shù)，可由附錄２查得。W/S＜0.5時(shí)，實(shí)用。當(dāng)圓形硅片的厚度滿足W/S＜0.5時(shí)，電阻率為：

第8頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六2、帶擴(kuò)散層的方塊電阻測量當(dāng)半導(dǎo)體薄層尺寸滿足于半無限大時(shí)：若取I＝4.53I0，I0為該電流量程滿度值，則R0值可由數(shù)字表中直接讀出的數(shù)乘上10后得到。第9頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六<三>儀器結(jié)構(gòu)特征數(shù)字式四探針測試儀主體部分由高靈敏度直流數(shù)字電壓表、恒流源、電源、DC-DC電源變換器組成。為了擴(kuò)大儀器功能及方便使用，還設(shè)立了單位、小數(shù)點(diǎn)自動顯示電路、電流調(diào)節(jié)、自校電路和調(diào)零電路。第10頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六儀器電源經(jīng)過DC-DC變換器，由恒流源電路產(chǎn)生一個(gè)高穩(wěn)定恒定直流電流，其量程為10μA、100μA、1mA、10mA、100mA，數(shù)值連續(xù)可調(diào)，輸送到１、４探針上，在樣品上產(chǎn)生一個(gè)電位差，此直流電壓信號由２、３探針輸送到電氣箱內(nèi)。具有高靈敏度、高輸入阻抗的直流放大器中將直流信號放大（放大量程有0.2mV、2mV、20mV、200mV、2V），再經(jīng)過雙積分A/D變換將模擬量變換為數(shù)字量，經(jīng)由計(jì)數(shù)器、單位、小數(shù)點(diǎn)自動轉(zhuǎn)換電路顯示出測量結(jié)果。第11頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六為克服測試時(shí)探針與樣品接觸時(shí)產(chǎn)生的接觸電勢和整流效應(yīng)的影響。本儀器設(shè)立有“粗調(diào)”、“細(xì)調(diào)”調(diào)零電路能產(chǎn)生一個(gè)恒定的電勢來補(bǔ)償附加電勢的影響。儀器自較電路中備有精度為0.02％、阻值為19.96的標(biāo)準(zhǔn)電阻,作為自校電路的基礎(chǔ)，通過自校電路可以方便地對數(shù)字電壓表精度和恒流源進(jìn)行校準(zhǔn)。第12頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六在半導(dǎo)體材料斷面測量時(shí)：直徑范圍Φ15~100mm，其高度為400mm，如果要對大于400mm長單晶的斷面測量，可以將座體的V型槽有機(jī)玻璃板取下，座體設(shè)有一個(gè)腰形孔，用戶可以根據(jù)需要增設(shè)支襯墊塊使晶體長度向臺下延伸，以滿足測量長單晶需求，測試架有專門的屏蔽導(dǎo)線插頭與電氣箱聯(lián)結(jié)。第13頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六<四>實(shí)驗(yàn)步驟1、測試準(zhǔn)備：電源開關(guān)置于斷開位置，工作選擇置于“短路”，電流開關(guān)處于彈出切斷位置。將測試樣品放在樣品架上，調(diào)節(jié)高度手輪，使探針能與其表面保持良好接觸。2、打開電源并預(yù)熱１小時(shí)。第14頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六3、極性開關(guān)置于上方，工作狀態(tài)選擇開關(guān)置于“短路”，撥動電流和電壓量程開關(guān)，置于樣品測量所合適的電流、電壓量程范圍。調(diào)節(jié)電壓表的粗調(diào)細(xì)調(diào)調(diào)零，使顯示為零。4、將工作選擇檔置于“自?！?，使電流顯示出“１９９＊”，各量程數(shù)值誤差為４字。5、將工作選擇檔置于“調(diào)節(jié)”，電流調(diào)節(jié)在I＝6.28=C，C為探針幾何修正系數(shù)。第15頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六顯示板2、單位顯示燈3、電流量程開關(guān)4、工作選擇開關(guān)（短路、測量、調(diào)節(jié)、自校選擇）5、電壓量程開關(guān)6、輸入插座7、調(diào)零細(xì)調(diào)8、調(diào)零粗調(diào)9、電流調(diào)節(jié)10、電源開關(guān)11、電流選擇開關(guān)12、極性開關(guān)第16頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六測量電阻時(shí)，可以按表所示的電壓電流量程進(jìn)行選擇。電流/電阻/電壓0.2mV2mV20mV200mV2V100mA2mΩ20mΩ200mΩ2Ω20Ω10mA20mΩ200mΩ2Ω20Ω200Ω1mA200mΩ2Ω20Ω200Ω2kΩ100μA2Ω20Ω200Ω2kΩ20kΩ10μA20Ω200Ω2kΩ20kΩ200kΩ第17頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六6、工作狀態(tài)選擇開關(guān)置于“測量”，按下電流開關(guān)輸出恒定電流，即可由數(shù)字顯示板和單位顯示燈直接讀出測量值。再將極性開關(guān)撥至下方（負(fù)極性），按下電流開，讀出測量值，將兩次測量值取平均，即為樣品在該處的電阻率值。關(guān)如果“±”極性發(fā)出閃爍信號，則測量數(shù)值已超過此電壓量程，應(yīng)將電壓量程開關(guān)撥到更高檔，讀數(shù)后退出電流開關(guān)，數(shù)字顯示恢復(fù)到零位。每次更換電壓、電流量程均要重復(fù)35步驟。第18頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六<五>注意事項(xiàng)1、電流量程開關(guān)與電壓量程開關(guān)必須放在下表所列的任一組對應(yīng)的量程電壓量程2V200mV20mV2mV0.2mV電流量程100mA10mA1mA100μA10μA第19頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六2、電阻（V/I）測量，用四端測量夾換下回探針測試架，按下圖接好樣品，選擇合適的電壓電流量程，電流值調(diào)到10.00數(shù)值，讀出數(shù)值為實(shí)際測量的電阻值。第20頁，共22頁，2023年，2月20日，星期六3、方塊電阻測量，電流調(diào)節(jié)在4.53時(shí)，讀出數(shù)值10倍為實(shí)際的方塊電阻值。4、薄片電阻率測量：當(dāng)薄片厚度>0.5mm時(shí)，按公式（3）進(jìn)行；當(dāng)薄片厚度<0.5mm時(shí)，按公式（4）進(jìn)行。5、儀器在中斷測量時(shí)應(yīng)將工作選擇開關(guān)置于“短路”；電流開關(guān)置于彈出斷開位置。第21頁，共22頁，2023年，2月20日，