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实验一:四探针法丈量半导体电阻率1、实验目的1)熟习四探针法丈量半导体或金属资料电阻率的原理2)掌握四探针法丈量半导体或金属资料电阻率的方法2、实验仪器型数字式四探针测试仪;XXXX型便携式四探针测试仪;硅单晶;3、实验原理半导体资料是现代高新技术中的重要资料之一,已在微电子器件和光电子器件中获取了宽泛应用。半导体资料的电阻率是半导体资料的的一个重要特征,是研究开发与实质生产应用中常常需要丈量的物理参数之一,对半导体或金属资料电阻率的丈量拥有重要的实质意义。直流四探针法主要用于半导体资料或金属资料等低电阻率的丈量。所用的仪器表示图以及与样品的接线图如图1所示。由图1(a)可见,测试过程中四根金属探针与样品表面接触,外侧1和4两根为通电流探针,内侧2和3两根是测电压探针。由恒流源经1和4两根探针输入小电流使样品内部产生压降,同时用高阻抗的静电计、电子毫伏计或数字电压表测出其余两根探针(探针2和探针3)之间的电压V23。图1四探针法电阻率丈量原理表示图若一块电阻率为的均匀半导体样品,其几何尺寸相对探针间距来说能够看作半无穷大。当探针引入的点电流源的电流为I,因为均匀导体内恒定电场的等位面为球面,则在半径为r处等位面的面积为2r2,电流密度为jI/2r2(1)依据电流密度与电导率的关系jE可得jII(2)Er22r22距离点电荷r处的电势为VI(3)2r半导体内各点的电势应为四个探针在该点所形成电势的矢量和。经过数学推导,四探针法丈量电阻率的公式可表示为2(1111)1?V23C?V23(4)r12r24r13r34II式中,C2(1111)1为探针系数,与探针间距相关,单位为cm。r12r24r13r34若四探针在同向来线上,如图1(a)所示,当其探针间距均为S时,则被测样品的电阻率为2(1111)1?V232S?V23(5)S2S2SSII此即常有的直流等间距四探针法测电阻率的公式。有时为了减小丈量地区,以察看不一样地区电阻率的变化,即电阻率的不均匀性,四根探针不必定都排成向来线,而可排成正方形或矩形,如图1(b)所示,此时只要改变电阻率计算公式中的探针系数C即可。四探针法的长处是探针与半导体样品之间不要求制备接触电极,极大地方便了对样品电阻率的丈量。四探针法可丈量样品沿径向散布的断面电阻率,从而能够察看电阻率的不均匀性。因为这类方法同意迅速、方便、无损地测试任意形状样品的电阻率,适合于实质生产中的大量量样品测试。但因为该方法受到探针间距的限制,很难差别间距小于0.5mm两点间电阻率的变化。依据样品在不一样电流(I)下的电压值(V23),还能够计算出所测样品的电阻率。4、实验内容1、预热:翻开SB118恒流源和PZ158A电压表的电源开关(或四探针电阻率测试仪的电源开关),使仪器预热30分钟。2、搁置待测样品:第一拧动四探针支架上的铜螺柱,松开四探针与小平台的接触,将样品置于小平台上,而后再拧动四探针支架上的铜螺柱,使四探针的全部针尖相同品组成优秀的接触即可。3、联机:将四探针的四个接线端子,分别接入相应的正确的地点,即接线板上最外面的端子,对应于四探针的最外面的两根探针,应接入SB118恒流源的电流输出孔上,二接线板上内侧的两个端子,对应于四探针的内侧的两根探针,应接在PZ158A电压表的输入孔上,如图1(a)所示。4、丈量:使用SB118恒流源部分,选择适合的电流输出量程,以及适合调节电流(粗调及细调),能够在PZ158A上丈量出样品在不一样电流值下的电压值,利用公式(5)即可计算出被测样品的电阻率。5、实验数据及办理多次丈量去均匀值,减小丈量偏差单晶硅的电阻率均匀值实验数据12.8813.5414.6213.68剖析丈量电阻率中偏差的根源四探针法是丈量一恒流源在样品不一样地点惹起的电位差得出资料的电阻率.为获取精准的测试结果,一定保持四根探针和样品表面优秀、稳固的弹性接触.它要求探针比较尖及保持适合的接触压力,这就常常造成资料表面损害并使丈量值易受外界扰乱,这类状况在丈量薄条带或薄膜样品时更加显然.此外,固然丈量电流很小(<100?),但探针与样品接触的面积也很小,由局部热效应产生的电动势有时能达到被丈量信号的量级.固然改变电流方向能够补偿大多数热电势影响,但关于电阻率的细微变化,仍是不易获取好的结果,且不宜连续丈量.在此基础上发展起来的沟通四探针方法能够除去电接触区的热电势,但它对沟通电流源和检测信号的沟通放大器稳固性的要求极为严格,且仍存在接触稳固性问题.这些要素造成四探针法关于电阻值的细小变化不敏感,阻挡了认真剖析资料组织构造的

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