四探針法是一種簡便的測量電阻率的方法。四探針法測量電阻率有個(gè)非常大的優(yōu)點(diǎn),它不需要較準(zhǔn);有時(shí)用其它方法測量電阻率時(shí)還用四探針法較準(zhǔn)。
四探針法測電阻原理介紹:
對于一般的線性材料,我們常常用電阻來表征某一段傳輸電流的能力,其滿足以下關(guān)系式:
其中 p、Ⅰ和s分別表示材料本身的電阻率、長度和橫截面積。對于某種材料 p滿足關(guān)系式:
ne、nh、un,、uh和q分別為電子濃度、空穴濃度、電子遷移率、空穴遷移率和基本電荷量。
對于具有一定導(dǎo)電性能的薄膜材料,其沿著平面方向的電荷傳輸性能一般用方塊電阻來表示,對于邊長為l、厚度為xj方形薄膜,其方塊電阻可表示為:
即方塊電阻與電阻率p成正比,與膜層厚度xj , 成反比,而與正方形邊長l無關(guān)。
方塊電阻一般采用雙電測電四探針來測量,測量裝置如圖4所示。四根由鎢絲制成的探針等間距地排成直線,彼此相距為s (一般為幾個(gè)mm)。測量時(shí)將針尖壓在薄膜樣品的表面上,外面兩根探針通電流Ⅰ(一般選取0.5-2mA ),里面的兩探針用來測量電壓v,通常利用電位差計(jì)測量。
雙電測電四探針測量薄膜方塊電阻結(jié)構(gòu)簡圖
當(dāng)被測樣品的長度和寬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于探針間距,薄膜方塊電阻具體表達(dá)式為:
即薄膜的方塊電阻和外側(cè)探針通電流后在內(nèi)探針處產(chǎn)生的電位差大小有關(guān)。如果樣品的線度相對探針間距大不多時(shí),上式中的系數(shù)c必須加以適當(dāng)?shù)男拚?,修正值與被測樣品的形狀和大小有關(guān)。
C=4.53
四探針測試技術(shù),是用4根等間距配置的探針扎在半導(dǎo)體表面上,由恒流源給外側(cè)的兩根探針提供一個(gè)適當(dāng)小的電流I,然后測量出中間兩根探針之間的電壓V,就可以求出半導(dǎo)體的電阻率。對于厚度為W(遠(yuǎn)小于長和寬)的薄半導(dǎo)體片,得到電阻率為ρ=ηW(V/I),式中η是修正系數(shù)。特別,對于直徑比探針間距大得多的薄半導(dǎo)體圓片,得到電阻率為ρ= (π/ln2)W(V/I)= 4.532 W(V/I) [Ω-cm],其中W用cm作單位。
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