四探针技术学习教案

1、四探针四探针(tn zhn)技术技术第一页，共20页。实验(shyn)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，其主要优点在于设备简单，操作方便，精确度高，对样品的几何尺寸无严格要求。 四探针法除了用来测量半导体材料的电阻率以外，在半导体器件生产(shngchn)中广泛使用四探针法来测量扩散层薄层电阻，以判断扩散层质量是否符合设计要求。 因此，薄层电阻是工艺中最常需要检测的工艺参数之一。第1页/共19页第二页，共20页。实验(shyn)原理 半导体材料的电阻率

2、在半无穷大样品(yngpn)上的点电流源， 若样品(yngpn)的电阻率均匀， 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，如图所示。在以为半径的半球面上，电流密度的分布是均匀的： 若E为处的电场强度， 则：第2页/共19页第三页，共20页。实验(shyn)原理由电场强度和电位梯度(t d)以及球面对称关系， 则取为无穷远处的电位为零， 则drdEdrrIEdrd22)(022rrrrdrEdrd第3页/共19页第四页，共20页。实验(shyn)原理上式就是半无穷大均匀样品上离开点电流源距离(jl)为的点的电位与探针流过的电流和

3、样品电阻率的关系式，它代表了一个点电流源对距离(jl)处的点的电势的贡献。 对上图所示的情形，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(2-6)式可知，2和3探针的电位为：任意位置(wi zhi)的四探针 )11(224122rrI)11(234133rrI第4页/共19页第五页，共20页。实验(shyn)原理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。 实际测量中， 最常用

4、的是直线(zhxin)型四探针， 即四根探针的针尖位于同一直线(zhxin)上，并且间距相等， 设r12=r23=r34=S，则有：)1111(2341324123223rrrrIV(223IV134132412)1111rrrr第5页/共19页第六页，共20页。 需要指出的是： 这一公式是在半无限大样品的基础(jch)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。 如果被测样品不是半无穷大，而是厚度，横向尺寸一定，进一步的分析表明，在四探针法中只要对公式引入适当的修正系数BO即可，此时：实验(shyn)原理直线型四探针(tn z

5、hn) 第6页/共19页第七页，共20页。 样品为片状单晶，四探针针尖所连成的直线与样品一个边界平行，距离为L， 除样品厚度及该边界外，其余周界均为无穷远，样品周围为绝缘介质包围。 另一种情况(qngkung)是极薄样品，极薄样品是指样品厚度d比探针间距小很多，而横向尺寸为无穷大的样品，这时从探针1流入和从探针4流出的电流，其等位面近似为圆柱面高为d。 任一等位面的半径设为，类似于上面对半无穷大样品的推导，很容易得出当r12=r23=r34=S时，极薄样品的电阻率为： 上式说明，对于极薄样品，在等间距探针情况(qngkung)下、探针间距和测量结果无关， 电阻率和被测样品的厚度d成正比。 实验

6、(shyn)原理第7页/共19页第八页，共20页。实验(shyn)原理极薄样品，等间距探针(tn zhn)情况第8页/共19页第九页，共20页。实验(shyn)原理极薄样品，等间距(jin j)探针情况第9页/共19页第十页，共20页。实验(shyn)原理第10页/共19页第十一页，共20页。实验(shyn)原理不很大样品修正(xizhng)情况第11页/共19页第十二页，共20页。实验(shyn)原理第12页/共19页第十三页，共20页。实验(shyn)内容第13页/共19页第十四页，共20页。实验(shyn)操作步骤第14页/共19页第十五页，共20页。实验(shyn)数据处理和分析第15页/共19页第十六页，共20页。实验(shyn)注意问题第16页/共19页第十七页，共20页。实验(