3.硅片电阻率的测试

硅片电阻率的测试
一、实验目的
1. 了解半导体材料方块电阻的概念。

2. 理解四探针法测量半导体电阻率和方块电阻的原理；
3. 学会使用四探针测试仪测量硅圆薄片的电阻率。

二、实验原理
1. 方块电阻的定义
如图1所示，方形薄片，截面积为A ，长、宽、厚分别用L 、w 、d 表示，材料的电阻率为ρ，当电流如图示方向流过时，若L =w ，这个薄层的电阻称为方块电阻，一般用R □表示，单位为Ω/□。

图1方块电阻的定义
对于杂质均匀分布的样品，若该半导体薄层中杂质均匀分布，则薄层电阻R 为：
w
d L A L R ⋅⋅=⋅=ρρ w
L R w L d · =⋅=ρ 式中，R □=d
ρ，为方块电阻，L/w 为长宽比，又称方数。

2.
图2四探针法测量电阻率和方块电阻
如图2所示，当四根金属探针排成一条直线，并以一定压力压在半导体材料上时，在1、4两根探针间通过电流I(mA)，则2、3探针间的电压为V 23(mV)。

根据以下公式计算薄圆片（厚度≤4mm ）的电阻率和方块电阻。

SP 23F W F(W/S)F(D/S)⨯⨯⨯⨯=I
V ρ Ω·cm (1) W F(W/S)F(D/S)R 23⨯⨯⨯=I
V Ω/□ (2) 式中，D 为样品直径，单位cm 或mm （注意与探针间距S 单位一致）；S 为探针间距，单位cm 或mm ，本实验采用的测试仪S =1mm ；W 为样品厚度，单位cm 或mm （注意与探针间距S 单位一致）；Fsp 为探针间距修正系数(合格证上的F 值)；F(D/S)为样品直径修正因子，可查说明书附表B 得到；F(W/S)为样品厚度修正因子，可查说明书附表C 得到。

三、实验器材
1. RTS-8型四探针测试仪，一台；
2. 游标卡尺、千分尺，各一把；
3. 单晶/多晶硅片，一片。

四、实验内容
（一）测试前准备
1. 按后面板说明用连线电缆将四探针探头与主机连接好，接上电源。

2. 开启主机电源开关，此时“R □”和“I ”指示灯亮，预热约10分钟
（二）测试
1. 用游标卡尺测量硅片的直径D ，一共测量3次，然后计算其平均值D ，实验数据记录表1中。

注意：每次测量完，绕硅片中心旋转30o ，再下一次测量。

2. 用千分尺分别测量硅片中心、半径中点、距离样品边缘6mm 处的厚度，W 1、W 2、W 3，每处分别测量3次，然后计算其平均值1W 、2W 、3W ，实验数据记录表1中。

注意：每次测量完，绕硅片中心旋转90o ，再下一次测量。

3. 根据上述步骤1、2的测量数据，查说明书附表B 、C ，分别得到F(D/S)、F(W/S)，记录表2中。

对于电阻率和方阻测量，分别按以下公式(3)、(4)计算测试电流I 1、I 2，计算数据记录表3中。

SP 1F W F(W/S )F(D/S )⨯⨯⨯=I (3)
SP 2F F(W/S)F(D/S)⨯⨯=I (4)
4. 估计所测样品方块电阻和电阻率范围，按说明书上表
5.1、表5.2选择合
适的电流量程对样品进行测量，按下K1-K6中相应的键选择量程。

5. 分别测量硅片中心、半径中点、距离样品边缘6mm处的电阻率和方阻，正向和反向分别测量，每处分别测量3次，然后计算其平均值，实验数据记录表4中。

注意：每次测量完，绕硅片中心旋转90o，再下一次测量。

探针台上放置样品，压下探针，使样品接通电流，主机此时显示电流数值。

根据步骤4计算出的测试电流值，调节电位器W1和W2得到所需的测试电流值，则数据显示屏上的数据就是所需的测量值。

注意事项：
（1）压下探头时，用力要适中，以免损坏探针；
（2）使用游标卡尺、千分尺测量硅片直径和厚度时，用力要适中，以免损坏硅片，并且注意有效数字；
（3）做好仪器使用记录。

五、问题与讨论
1、数据处理
表1样品直径和厚度
表2修正因子与系数
表3电流-电阻率(注意单位！)
2. 说明方块电阻与电阻率的关系。

3. 说明本实验中计算电流的作用。

PET/CT示踪剂
18F-FDG(氟代脱氧葡萄糖)
氟代脱氧葡萄糖
氟代脱氧葡萄糖是2-脱氧葡萄糖的氟代衍生物。

其完整的化学名称为2-氟-2-脱氧-D-
葡萄糖，通常简称为18F-FDG或FDG。

FDG最常用于正电子发射断层扫描（PET）类的医学成像设备：FDG分子之中的氟选用的是属于正电子发射型放射性同位素的氟-18（fluorine-18，F-18，18F，18氟），从而成为18F-FDG（氟-[18F]脱氧葡糖）。

在向病人（患者，病患）体内注射FDG之后，PET扫描仪可以构建出反映FDG体内分布情况的图像。

接着，核医学医师或放射医师对这些图像加以评估，从而作出关于各种医学健康状况的诊断。

历史
二十世纪70年代，美国布鲁克海文国家实验室（Brookhaven National Laboratory）的Tatsuo Ido首先完成了18F-FDG的合成。

1976年8月，宾夕法尼亚大学的Abass Alavi 首次将这种化合物施用于两名正常的人类志愿者。

其采用普通核素扫描仪（非PET扫描仪）所获得的脑部图像，表明了FDG在脑部的浓聚（参见下文所示的历史参考文献）。

作用机理与代谢命运
作为一种葡萄糖类似物，FDG将为葡萄糖高利用率细胞（high-glucose-using cells）所摄取，如脑、肾脏以及癌细胞。

在此类细胞内，磷酸化过程将会阻止葡萄糖以原有的完整形式从细胞之中释放出来。

葡萄糖之中的2位氧乃是后续糖酵解所必需的；因而，FDG与2-脱氧-D-葡萄糖相同，在细胞内无法继续代谢；这样，在放射性衰变之前，所形成的FDG-6-磷酸将不会发生糖酵解。

结果，18F-FDG 的分布情况就会很好地反映体内细胞对葡萄糖的摄取和磷酸化的分布情况。

在FDG发生衰变之前，FDG的代谢分解或利用会因为其分子之中2'位上的氟而受到抑制。

不过，FDG发生放射性衰变之后，其中的氟将转变为18O；而且，在从环境当中获取一个H+之后，FDG的衰变产物就变成了葡萄糖-6-磷酸，而其2'位上的标记则变为无害的非放射性“重氧”（heavy oxygen，oxygen-18）；这样，该衰变产物通常就可以按照普通葡萄糖的方式进行代谢。

临床应用
在PET成像方面，18F-FDG可用于评估心脏、肺脏以及脑部的葡萄糖代谢状况。

同时，18F-FDG还在肿瘤学方面用于肿瘤成像。

在被细胞摄取之后，18F-FDG将由己糖激酶（在快速生长型恶性肿瘤之中，线粒体型己糖激酶显著升高）),加以磷酸化，并为代谢活跃的组织所滞留，如大多数类型的恶性肿瘤。

因此，FDG-PET可用于癌症的诊断、分期（staging）和治疗监测（treatment monitoring），尤其是对于霍奇金氏病（Hodgkin's disease，淋巴肉芽肿病，何杰金病）、非霍奇金氏淋巴瘤（non-Hodgkin's lymphoma，非何杰金氏淋巴瘤）、结直肠癌（colorectal cancer）、乳腺癌、黑色素瘤以及肺癌。

另外，FDG-PET 还已经用于阿耳茨海默氏病（Alzheimer's disease，早老性痴呆）的诊断。

在旨在查找肿瘤或转移性疾病（metastatic disease）的体部扫描应用当中，通常是将一剂FDG溶液（通常为5至10毫居里，或者说200至400兆贝克勒尔）迅速注射到正在向病人静脉之中滴注生理盐水的管路当中。

此前，病人已经持续禁食至少6小时，且血糖水平适当较低（对于某些糖尿病病人来说，这是个问题；当血糖水平高于180 mg/dL = 10 mmol/L时，PET扫描中心通常不会为病人施用该放射性药物；对于此类病人，必须重新安排PET检查）。

在给予FDG之后，病人必须等候大约1个小时，以便FDG在体内
充分分布，为那些利用葡萄糖的器官和组织所摄取；在此期间，病人必须尽可能减少身体活动，以便尽量减少肌肉对于这种放射性葡萄糖的摄取（当我们所感兴趣的器官位于身体内部之时，这种摄取会造成不必要的伪影（artifacts，人工假象））。

接着，就会将病人置于PET扫描仪当中，进行一系列的扫描（一次或多次）；这些扫描可能要花费20分钟直至1个小时的时间（每次PET检查，往往只会对大约体长的四分之一进行成像）。

生产与配送手段
医用回旋加速器（medical cyclotron）之中用于产生18F的高能粒子轰击条件（bombardment conditions）会破坏像脱氧葡萄糖（deoxyglucose，脱氧葡糖）或葡萄糖之类的有机物分子，因此必须首先在回旋加速器之中制备出氟化物形式的放射性18F。

这可以通过采用氘核（deuterons，重氢核）轰击氖-20来完成；但在通常情况下，18F
的制备是这样完成的：采用质子轰击富18O水（18O-enriched water，重氧水），导致18O之中发生(p,n)核反应（中子脱出，或者说散裂（spallation）），从而产生出具有放射性核素标记的氢氟酸（hydrofluoric acid，HF）形式的18F。

接着，将这种不断快速衰变的18F -（18-氟化物，18-fluoride）收集起来，并立即在“热室（hot cell）（放射性同位素化学制备室）”之中，借助于一系列自动的化学反应（亲核取代反应或亲电取代反应），将其连接到脱氧葡萄糖之上。

之后，采取尽可能最快的方式，将经过放射性核素标记的FDG 化合物（18F的衰变限定其半衰期仅为109.8分钟）迅速运送到使用地点。

为了将PET扫描检查项目的地区覆盖范围拓展到那些距离生产这种放射性同位素标记化合物的回旋加速器数百公里之遥的医学分子影像中心，其中可能还会使用飞机空运服务。

最近，用于制备FDG，备有自屏蔽（integral shielding，一体化屏蔽，一体化防护）以及便携式化学工作站（portable chemistry stations）的现场式回旋加速器（on-site cyclotrons），已经伴随PET扫描仪落户到了偏远医院。

这种技术在未来具有一定的前景，有望避免因为要将FDG从生产地点运送到使用地点而造成的忙乱。