四探针电阻率测试仪原理与应用

四探针电阻率测试仪原理与应用SZT——90型数字式四探针测试仪是运用四探针测量原理的多用途综合测量装置，可以测量棒状、块状半导体材料的径向和轴向电阻率，片状半导体材料的电阻率和扩散层方块电阻，换上特制的四端子测试夹还可以对低、中值电阻进行测量。仪器由集成电路和晶体管电路混合组成，具有测量精度高、灵敏度高、稳定性好，测量范围广，结构紧凑，使用方便的特点，测量结果由数字直接显示。仪器探头采用宝石导向轴套，与高耐磨合金探针组成具有定位准确，游移率小，寿命长的特点。本仪器适合于对半导体、金属、绝缘体材料的电阻性能测试。[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。[实验原理]：测试原理：直流四探针法测试原理简介如下：1．体电阻率测量：图1四探针测量原理图当1、2、3、4根金属探针排成直线时，并以一定的压力压在半导体材料上，在1、4两处探针间通过电流I，则2、3探针间产生电位差V。材料的电阻率（—cm）（1）式中C为探针系数，由探针几何位置决定。当试样电阻率分布均匀，试样尺寸满足半无限大条件时（cm）（2）式中：、、分别为探针1与2，2与3，3与4之间的间距，当===1mm时，C=2π。若电流取I=C时，则ρ=V可由数字电压表直接读出。（1）块状和棒状样品体电阻率测量由于块状和棒状样品外形尺寸也探针间距比较，合乎与半无限大的边界条件，电阻率值可以直接由（1），（2）式求出。（2）薄片电阻率测量薄片样品因为其厚度与探针间距比较，不能忽略，测量时要提供样品的厚度、形状和测量位的修正系数。电阻率可由下面公式得出：（3）式中：——为块形体电阻率测量值——为样品厚度与探针间距的修正函数，可由相关表格查得——为样品形状和测量位置的修正函数。当圆形硅片的厚度满足W/S0.5时，电阻率为：（4）2．扩散层的方块电阻测量：当半导体薄层尺寸满足于半无限大平面条件时：（5）若取I=4.53，则R值可由V表中直接读出。[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。1．SZT—90型数字式四探针测试仪电气部分原理方框图如图（2）所示。仪器主体部分由高灵敏度直流数字电压表（由调制式高灵敏直流放大器、双积分A/D变换、计数器、显示器组成），恒流源、电源、DC—DC电源变换器组成。为了扩大仪器功能使用方便黑设立了单位、小数点自动显示电路、电流调节、自较电路和调零电路。仪器电源经过DC—DC变换器，由恒流源电路产生一个高稳定恒定直流电流其量程为10μA、100μA、1mA、10mA、100mA；数值连续可调，输送到1、4探针上，在样品上产生电位差，此直流电压信号由2、3探针输送到电气箱内。具有高灵敏，高输入阻抗的直流放大器中将直流信号放大（放大量程有0.2mv、2mv、20mv、200mv、2v）。图2SZT—90型数字式四探针测试仪电气部分原理方框经过双积分A/D变换器将模拟量变换成数字量由计数器计数，单位、小数点自动显示电路和显示器显示出测量结果。为了克服测试时探针与样品接触时产生的接触电势和整流效应的影响，本仪器设立有“粗调”、“细调”调零电路能产生一个恒定的电势来补偿附加电势的影响。仪器自较电路，备有精度为0.20%的标准电阻，作为自较电路的基础，通过自较电路可以方便地对数字电压表精度很恒流源进行校正。电气箱为仪器主要电气部分所在，在其面板上有数字、小数、单位显示全部操作旋钮和开关。2。测试架测试架由探头及压力传动机构、样品台构成，见图4所示，探头采用精密加工，配宝石导套，使测量误差大为减小，且寿命长，探头内有弹簧加力装置，测试还有高度粗调、细调装置。在半导体材料断面测量时，直径范围φ15—100mm，其高度为400mm，如果要对大于400mm长单晶的断面测量，可以将升降架升高或者加长主柱，测试架有专门的屏蔽导线插头与电气箱联结。