半导体薄膜电阻的测量技术研究
半导体薄膜
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目录
• 半导体薄膜概述 • 半导体薄膜制备技术 • 半导体薄膜结构与性能 • 半导体薄膜应用实例 • 半导体薄膜材料发展趋势与挑战
01
半导体薄膜概述
定义与特点
定义
半导体薄膜是一种具有半导体性质的薄膜材料，其厚度通常在纳米至微米级别 。这种材料具有介于导体和绝缘体之间的电导率，因此被称为半导体。
。
缺陷对性能的影响
缺陷对半导体薄膜的性能有重要 影响，如影响载流子浓度、迁移
率、光学透过率等。
电子结构与能带
能带结构
01
半导体薄膜的能带结构决定了其电子状态和电子行为。通常包
括价带、导带和禁带三部分。
载流子类型
02
半导体薄膜中的载流子可以是电子或空穴，这取决于其掺杂类
型和浓度。
载流子浓度和迁移率
03
回收利用
建立完善的回收利用体系，对废旧半导体薄膜进行 回收和再利用，降低资源浪费和环境污染。
THANKS
感谢观看
大面积均匀性控制技术挑战
薄膜沉积技术
如化学气相沉积、物理气相沉积等，需要优化工艺参数，提高薄膜 大面积均匀性。
表面处理技术
如机械抛光、化学抛光等，可以改善基底表面粗糙度，提高薄膜附 着力和均匀性。
薄膜转移技术
如卷对卷技术、激光转移技术等，可以实现大面积薄膜的快速、高效 转移。
提高稳定性及寿命问题探讨
现状
目前，半导体薄膜的制备技术已经非常成熟，包括物理气相沉积、化学气相沉积、溶胶-凝胶法、电化学沉积等 多种方法。同时，半导体薄膜的应用领域也在不断扩展，涉及到电子、光电、生物医学、环境科学等多个领域。
应用领域与前景
应用领域
四电极法测电阻率——Summary
51 四探针法测电阻率1. 理解四探针测量半导体或金属薄膜电阻率的原理 2. 了解四探针测量材料电阻率的注意事项实验原理四探针法测量电阻率常用的四探针法是将四根金属探针的针尖排在同一直线上的直线型四探针法如图1-1a 所示。
当四根探针同时在一块相对于探针间距可视为半无穷大的平面上时如果探针接触处的材料是均匀的并可忽略电流在探针处的少子注入则当电流I 由探针流入样品时可视为点电流源在半无穷大的均匀样品中所产生的电场线具有球面对称性即等势面为一系列以点电流源为中心的半球面。
样品中距离点电源r 处的电流密度j电场ε和电位V 分别直流四探针法也称为四电极法主要用于低电阻率材料的测量。
使用的仪器以及与样品的接线如图3-1所示。
由图可见测试时四根金属探针与样品表面接触外侧两根1、4为通电流探针内侧两根2、3为测电压探针。
由电流源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他二根探针的电压即V23伏。
a 仪器接线b点电流源c四探针排列图1-1 四探针法测试原理示意图一块电阻率为的均匀材料样品其几何尺寸相对于探针间距来说可以看作半无限大。
当探针引入的点电流源的电流为I由于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则电流密度为jI/2r2 1-1 52 根据电导率与电流密度的关系可得E2222rIrIj 1-2 其中E为电场强度σ和ρ分别是样品的电导率和电阻率。
若电流由探针流出样品则距点电荷r处的电势为rIV2 1-3 因此当电流由探针1流入样品自探针4流出样品时根据电位叠加原理在探针2处的电位为在探针 3 处的电位为式中的S1是探针1和2之间的距离S2是探针2和3之间的距离S3是探针3和4之间的距离。
各点的电势应为四个探针在该点形成电势的矢量和。
所以探针2、3 之间的电位为通过数学推导可得四探针法测量电阻率的公式为IVCrrrrIV231341324122311112 3-4 式中13413241211112rrrrC为探针系数单位为cmr12、r24、r13、r34分别为相应探针间的距离见图3-1c。
实验二霍尔系数和电阻率的测量
实验二 霍尔系数和电阻率的测量把通有电流的半导体置于磁场中，如果电流方向与磁场垂直，则在垂直于电流和磁场的方向会产生一附加的横向电场，这个现象称为霍尔效应。
随着半导体物理学的发展，霍尔系数和电导率的测量已成为研究半导体材料的主要方法之一。
通过实验测量半导体材料的霍尔系数和电导率可以判断材料的导电类型、载流子浓度、载流子迁移率等主要参数。
若能测量霍尔系数和电导率随温度变化的关系，还可以求出材料的杂质电离能和材料的禁带宽度。
一、实验目的1. 了解霍尔效应实验原理以及有关霍尔元件对材料要求的知识；2. 学习用“对称测量法”消除副效应的影响，测量并绘制试样的V H -I S 和V H -I M 曲线；3. 确定试样的导电类型、载流子浓度以及迁移率。
二、实验原理霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用而引起的偏转。
当带电粒子（电子和空穴）被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直于电流和磁场的方向上产生正负电荷的积累，从而形成附加的横向电场，即霍尔电场。
对于图 (a)所示的N 型半导体试样，若在X 方向的电极D 、E 上通以电流I S ，在Z 方向加磁场B ，试样中载流子（电子）将受洛仑兹力：B v e F g （）其中，e 为载流子（电子）电量，v 为载流子在电流方向上的平均定向漂移速率，B 为无论载流子是正电荷还是负电荷，Fg 的方向均沿Y 方向，在此力的作用下，载流子发生偏移，则在Y 方向即试样A 、A ’电极两侧就开始聚集异号电荷，在A 、A ’两侧产生一个电位差V H ，形成相应的附加电场E H ——霍尔电场，相应的电压V H 称为霍尔电压，电极A 、A ’称为霍尔电极。
电场的指向取决于试样的导电类型。
N 型半导体的多数载流子为电子，P 型半导体的多(a (b图 样品示意图数载流子为空穴。
对N 型试样，霍尔电场逆Y 方向，P 型试样则沿Y 方向，有I S (X)、B (Z) E H (Y) < 0 (N 型)E H (Y) > 0 (P 型)显然，该电场是阻止载流子继续向侧面偏移。
半导体基础实验报告
竭诚为您提供优质文档/双击可除半导体基础实验报告篇一：半导体物理实验报告电子科技大学半导体物理实验报告姓名：艾合麦提江学号：20XX033040008班级：固电四班实验一半导体电学特性测试测量半导体霍尔系数具有十分重要的意义。
根据霍尔系数的符号可以判断材料的导电类型；根据霍尔系数及其与温度的关系，可以计算载流子的浓度，以及载流子浓度同温度的关系，由此可确定材料的禁带宽度和杂质电离能；通过霍尔系数和电阻率的联合测量．能够确定我流子的迁移约用微分霍尔效应法可测纵向载流子浓度分布；测量低温霍尔效应可以确定杂质补偿度。
霍尔效应是半导体磁敏器件的物理基础。
1980年发现的量子霍尔效应对科技进步具有重大意义。
早期测量霍尔系数采用矩形薄片样品．以及“桥式”样品。
1958年范德堡提出对任意形状样品电阻率和霍尔系数的测量方法，这是一种有实际意义的重要方法，目前已被广泛采用。
本实验的目的使学生更深入地理解霍尔效应的原理，掌握霍尔系数、电导率和迁移率的测试方法，确定样品的导电类型。
一、实验原理如图，一矩形半导体薄片，当沿其x方向通有均匀电流I，沿Z方向加有均匀磁感应强度的磁场时，则在y方向上产生电势差。
这种想象叫霍尔效应。
所生电势差用Vh表示，成为霍尔电压，其相应的电场称为霍尔电场ey。
实验表明，在弱磁场下，ey同J（电流密度）和b成正比ey=RhJb（1）式中Rh为比例系数，称为霍尔系数。
在不同的温度范围，Rh有不同的表达式。
在本征电离完全可以忽略的杂质电离区，且主要只有一种载流子的情况，当不考虑载流子速度的统计分布时，对空穴浓度为p的p型样品Rh?1?0（2）pq式中q为电子电量。
对电子浓度为n的n型样品Rh??1?0nq（3）当考虑载流子速度的统计分布时，式（2）、（3）应分别修改为??h?1??h?1Rh??Rh???pqnq??p??n（4）式中μh为霍尔迁移率。
μ为电导迁移率。
对于简单能带结构??h?（5）h??h?p??nγh称为霍尔因子，其值与半导体内的散射机制有关，对晶格散射γh=3π/8=1.18;对电离杂质散射γh=315π/512=1.93,在一般粗略计算中,γh可近似取为1.在半导体中主要由一种载流子导电的情况下，电导率为?n?nq?n和?p?pq?p（6）由（4）式得到Rh?ph?p和Rh?nh?n（7）测得Rh和σ后，μh为已知，再由μ（n，T）实验曲线用逐步逼近法查得μ，即可由式（4）算得n或p。
四探针法原理
四探针法原理
四探针法是一种用于测量材料电阻率的方法，它利用四个探针分别接触材料表面，通过测量电流和电压的关系来计算材料的电阻率。
四探针法原理简单而有效，被广泛应用于半导体材料和薄膜的电学性质研究中。
四探针法的原理基于欧姆定律，即电流和电压之间的关系。
在传统的两探针法中，由于电流通过了接触电极和材料之间的接触电阻，会导致测量结果不准确。
而四探针法通过使用四个探针，其中两个用于施加电流，另外两个用于测量电压，可以消除接触电阻对测量结果的影响，从而得到更准确的电阻率值。
在四探针法中，两个探针间的电流通过材料产生电压，而另外两个探针则测量这个电压。
通过测量电流和电压的关系，可以得到材料的电阻率。
由于四探针法可以消除接触电阻的影响，所以在测量高阻值材料或薄膜时特别有优势。
四探针法的原理也可以扩展到测量材料的电导率、载流子浓度等电学性质。
通过改变探针间的距离和布置方式，可以得到不同方向上的电学性质分布，从而更全面地了解材料的电学特性。
总的来说，四探针法原理简单而有效，可以得到准确的电阻率值，尤其适用于测量高阻值材料和薄膜。
它在半导体材料和薄膜的电学性质研究中有着重要的应用价值，为材料科学研究提供了重要的实验手段。
四探针法的原理也可以扩展到其他电学性质的测量，具有广泛的应用前景。
通过对四探针法原理的深入理解，我们可以更好地利用这一方法进行材料电学性质的研究和应用。
希望本文对四探针法原理的理解有所帮助，也希望能够为材料科学研究的发展做出一些贡献。
实验十八 四探针法测量薄膜电阻率
实验十八 四探针法测量薄膜电阻率一、实验目的1．熟悉四探针法测量薄膜电阻率的原理和特点； 2．测定一些薄膜材料的电阻率；3．了解薄膜厚度对薄膜电阻率的影响（尺寸效应）；薄膜材料是微电子技术的基础材料。
薄膜是人工制作的厚度在1微米（10-6米）以下的固体膜，“厚度1微米以下”并不是一个严格的区分定义。
薄膜一般来说都是被制备在一个衬底（如：玻璃、半导体硅等）上，由于薄膜的厚度（简称：膜厚）是非常薄的，因此膜厚在很大程度上影响着薄膜材料的物理特性（如，电学性质、光学性质、磁学性质、力学性质、铁电性质等）。
这种薄膜材料的物理特性受膜厚影响的现象被称为尺寸效应。
尺寸效应决定了薄膜材料的某些物理、化学特性不同于通常的块体材料，也就是说，同块体材料相比，薄膜材料将具有一些新的功能和特性。
因此，尺寸效应是薄膜材料（低维材料）科学中的基本而又重要的效应之一。
金属薄膜的电阻率是金属薄膜材料的一个重要的物理特性，是科研开发和实际生产中经常测量的物理特性之一，在实际工作中，通常用四探针法测量金属薄膜的电阻率。
四探针法测量金属薄膜的电阻率是四端子法测量低电阻材料电阻率的一个实际的应用。
二、实验原理在具有一定电阻率ρ的导体表面上，四根金属探针在任意点1、2、3、4处与导体良好地接触，如图1所示。
其触点是最够的小，可以近似认为点接触。
取其中的任意两个探针作为电极，如1和4。
当它们之间有电流通过时，薄膜表面和内部有不均匀的电流场分布，因此在表面上各点有不同的电势。
通过测量探针1，2间的电流、探针2，3间的电势差和距离，就可计算该薄膜的电阻率ρ。
如图2所示，设电流I 从探针1处流入，在触点附近，半径为r 的球面上，电流密度为：2r2Ij π=（1）如果金属的表面和厚度远大于探针之间的距离，则电场强度为2r 2Ij j E πρ=ρ=σ=（2） 图 1 任意间距的四探针示意图设探针1和2、1和3、4和2、4和3之间的距离分别为r 12、r 13、r 24和r 34。
探针方法测量半导体的电阻率
2Ω 20Ω 200Ω 2kΩ 20kΩ
10μA
20Ω 200Ω 2kΩ 20kΩ 200kΩ
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6、工作状态选择开关置于“测量”，按下电流开关输出恒定电流，即可由数字显示板 和单位显示灯直接读出测量值。再将极性开关拨至下方（负极性），按下电流开， 读出测量值，将两次测量值取平均，即为样品在该处的电阻率值。关如果“±”极性 发出闪烁信号，则测量数值已超过此电压量程，应将电压量程开关拨到更高档，读 数后退出电流开关，数字显示恢复到零位。每次更换电压、电流量程均要重复35步 骤。
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• 为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。
• 仪器自较电路中备有精度为0.02％、阻值为19.96的标准电阻,作为自校电路的基 础，通过自校电路可以方便地对数字电压表精度和恒流源进行校准。
式中：S1、S2、S3分别为探针１与２，２与３，３ 与４之间距，用cm为单位时的值，S1=S2=S3=1mm. 每个探头都有自己的系数。C6.280.05单位cm。
若电流取I = C 时，则ρ＝V，可由数字电压表直 接读出。
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（a）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与探针间距比较，合乎于半无限大的边界条件， 电阻率值可以直接由（１）、（２）式求出。
<二> 实验原理
1、体电阻率测量：
当１、２、３、４四根 金属探针排成一直线时， 并以一定压力压在半导体 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。
四探针法测量原理图
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材料电阻率
四探针测量半导体薄膜电阻率的基本原理
一、概述在半导体材料的研究和生产过程中，测量半导体薄膜的电阻率是一个非常重要的工作。
而四探针法是一种常用的测量方法，通过它可以准确地测量出半导体薄膜的电阻率。
本文将就四探针法测量半导体薄膜电阻率的基本原理进行探讨。
二、四探针法的基本原理1. 传统的电阻率测量方法在传统的电阻率测量方法中，常使用两个探针来测量样品的电阻率。
然而，在测量半导体薄膜等高阻抗材料时，由于探针电阻和样品电阻的影响，传统方法往往会产生较大的测量误差。
2. 四探针法的优势四探针法是在传统方法的基础上进行改进和优化的测量方法。
它采用四个探针，其中两个探针用来施加电流，另外两个探针用来测量电压，在测量时可以减小探针电阻的影响，从而得到更加准确的电阻率测量结果。
四探针法在测量半导体薄膜电阻率时具有明显的优势。
三、四探针法实验步骤1. 准备工作在进行四探针法的实验之前，首先需要准备好样品和四探针装置。
样品的制备需要精确控制其厚度和形状，并在表面涂覆一层导电性良好的金属膜作为探针接触的介质。
四探针装置需要经过精密校准，以确保探针的位置准确。
2. 实验操作（1）将样品放置在四探针装置上，并通过调节探针的位置使其均匀接触样品表面。
（2）施加固定大小的电流，并利用另外两个探针测量样品上的电压。
（3）根据所测得的电流和电压值，计算出样品的电阻率。
（4）重复实验，计算平均值，并进行多次测量以确保结果的准确性。
3. 数据处理在进行四探针法测量后，得到一系列样品的电阻率数据。
需要对这些数据进行分析和处理，计算出样品的平均电阻率值，并进行统计学分析，以验证实验结果的可靠性。
四、四探针法的应用与发展1. 应用领域四探针法在半导体薄膜、导电陶瓷、薄膜材料等领域具有广泛的应用。
其准确性和稳定性使其成为科研和工业界测量电阻率的首选方法。
2. 发展趋势随着科学技术的不断进步，四探针法也在不断发展和改进。
人们正在研究利用纳米技术和微机电系统技术，开发出更小型化、更精密的四探针装置，以提高测量的精准度和效率。
《半导体物理》实验指导书(2022年版)
《半导体物理》实验指导书（2022年版）半导体物理实验指导书信息工程学院电子科学与技术教研室2022目录实验一：霍尔效应1实验二：四探针法测量半导体电阻率及薄层电阻6实验三：椭偏法测薄膜厚度和折射率9附录A:《RTS-8型双电测四探针测试仪用户手册》11附录B:《WJZ/WJZ-Ⅱ型多功能激光椭圆偏振仪使用手册》30I实验一霍尔效应一、实验目的1.了解霍尔器材对材料要求的知识；2.学习用“对称测量法”消除副效应的影响，测量试样的VH~IS曲线；3.学会确定试样的导电类型，载流子浓度以及电导率。
二、仪器设备QS-H型霍尔效应实验组合仪三、实验原理1.导体材料霍尔系数的确定由霍尔电压VH与磁感应强度B的关系，VHB和d，可计算出霍尔系数RHISB知，只要测出VH以及知道IS、dRHVHd（1）ISB2.导体材料导电类型的确定若实验中能测出IS、B的方向，就可判断VH的正负，决定霍尔系数的正负，从而判断出半导体的导电类型。
当RH0时，样品属N型（载流子为电子），反之则为P型（载流子为空穴）。
3.导体材料载流子浓度的确定由霍尔系数RH如果知道VH、IS、B，就可确定该材料的载流子浓度。
根据电导率与载流子浓度n以及迁移率之间的关系ne知，通过实验测出值即可求出1VHd，可得neISBIBnS（2）VHdeRH（3）4.霍尔组件对材料的要求根据上述可知，要得到大的霍尔电压，关键是要选择霍尔系数大（即迁移率高、电阻率亦较高）的材料。
因RH，就金属导体而言，和均很低，而不良导体虽高，但极小，因而上述两种材料的霍尔系数都很小，不能用来制造霍尔组件。
半导体高，适中，是制造霍尔元件较理想的材料，由于电子的迁移率比空穴的迁移率大，所以霍尔元件都采用N型材料，其次霍尔电压的大小与材料的厚度成反比，因此薄膜型的霍尔组件的输出电压较片状要高得多。
5.实验中的副效应及其消除方法在产生霍尔效应的同时，还存在一些与温度、电极与半导体接触处的接触电阻有关的效应，这些效应也会在霍尔元件的上下侧面产生电位差。
实验二霍尔系数和电阻率的测量
实验二霍尔系数和电阻率的测量把通有电流的半导体置于磁场中，如果电流方向与磁场垂直，则在垂直于电流和磁场的方向会产生一附加的横向电场，这个现象称为霍尔效应。
随着半导体物理学的发展，霍尔系数和电导率的测量已成为研究半导体材料的主要方法之一。
通过实验测量半导体材料的霍尔系数和电导率可以判断材料的导电类型、载流子浓度、载流子迁移率等主要参数。
若能测量霍尔系数和电导率随温度变化的关系，还可以求出材料的杂质电离能和材料的禁带宽度。
一、实验目的1. 了解霍尔效应实验原理以及有关霍尔元件对材料要求的知识；2. 学习用“对称测量法”消除副效应的影响，测量并绘制试样的V H-I S和V H-I M曲线；3. 确定试样的导电类型、载流子浓度以及迁移率。
二、实验原理霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用而引起的偏转。
当带电粒子（电子和空穴）被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直于电流和磁场的方向上产生正负电荷的积累，从而形成附加的横向电场，即霍尔电场。
对于图 (a)所示的N型半导体试样，若在X方向的电极D、E上通以电流I S，在Z方向加磁场B，试样中载流子（电子）将受洛仑兹力：FB（）v eg其中，e为载流子（电子）电量，v为载流子在电流方向上的平均定向漂移速率，B为磁感A C A C(a(b图样品示意图无论载流子是正电荷还是负电荷，Fg 的方向均沿Y 方向，在此力的作用下，载流子发生偏移，则在Y 方向即试样A 、A ’电极两侧就开始聚集异号电荷，在A 、A ’两侧产生一个电位差V H ，形成相应的附加电场E H ——霍尔电场，相应的电压V H 称为霍尔电压，电极A 、A ’称为霍尔电极。
电场的指向取决于试样的导电类型。
N 型半导体的多数载流子为电子，P 型半导体的多数载流子为空穴。
对N 型试样，霍尔电场逆Y 方向，P 型试样则沿Y 方向，有I S (X)、B (Z) E H (Y) < 0 (N 型)E H (Y) > 0 (P 型)显然，该电场是阻止载流子继续向侧面偏移。
半导体材料的方阻和电阻率的测量研究
试验六 半导体材料的方阻和电阻率的测量研究1 •掌握四探针法测量半导体材料方阻的基本原理和方法。
2 •掌握半导体电阻率的测量方法。
3.掌握半导体阻值与光照及温度的关系。
实验原理:四探针法是用针距约为1mm 的四根金属同时排成一列压在平整的样品表面 上，如图1-1所示，其中最外部二根（图1-1中1、4两探针）与恒定电流源连 通，由于样品中有恒电流I 通过，所以将在探针2、3之间产生压降V 。
该电流I 、 压降V 与样品方阻甩的关系为R □二C 辛 （1--1）（1--1 ）式中C 为修正因子。
如果测量中选择的电流大小等于修正因子C, 那么方阻 毗 应满足下列关系：(1--2)通过以上分析可以知道只要测量电流大小等于修正因子 C,材料的方阻就等 于2、3二探针之间的电压。
半导体材料的电阻率的测量方法很多， 可以直接测量电阻率，也可以先测量 电阻，再通过计算得到电阻率，因为电阻 R 等于：R= s式中P 为材料的电阻率，I 为材料的长度，s 为材料的横截面积。
三、实验内容：1 •用四探针法测量不同尺寸硅片的方阻；实验目的:R = V （ Q / □） 图1—1测量方阻的四探针法原理2•比较表面粗糙度对半导体材料的影响。
3.在有光照和无光照条件下观察硅片方阻值的变化4 •测量电阻随温度的变化规律。
四、实验仪器:SZ-82 数字式四探针测试仪；D41— 5/ZM四探针测试仪；TH2512B智能直流低电阻测试仪；FJ2816RLC自动测量仪。
五、实验步骤:1. 用四探针仪测量方阻(1) 将仪器接上电源，打开仪器电源开关，使其预热十分钟。
(2) 将量程开关置于较大的量程(如300 Q / □, 1000Q / □);将“零点测量” 按键置于“零点”档。
(3) 调节调零旋钮，使方阻指示电表指针为零。
(4) 按下“测量”开关，并将样品置于探针架上，转动测试架旋盘，使探针缓下降，并压紧至被测样品上以保证探针与测试样品之间接触良好。
薄膜电阻测试方法
薄膜电阻测试方法
薄膜电阻测试方法是一种用于测量薄膜材料电阻值的实验方法。
这种测试方法通常用于评估薄膜材料的导电性能和电阻率等电学性质。
下面将介绍一种常用的薄膜电阻测试方法：四探针法。
四探针法是一种非破坏性的电阻测试方法，它使用四个探针与薄膜材料接触，以测量材料的电阻值。
这种测试方法适用于各种薄膜材料，如金属、半导体、绝缘体等。
一、实验原理
四探针法是基于惠斯通电桥原理的一种测试方法。
在实验中，四个探针按照一定的间距排列，其中两个探针作为电流源，另外两个探针作为电压表。
当电流源向薄膜材料施加电流时，会产生电压降，从而在电桥中产生电压。
通过测量电桥中的电压，可以计算出薄膜材料的电阻值。
二、实验步骤
1. 准备实验器材：四探针测试仪、薄膜样品、电极夹具、稳压电源、电学测量仪表等。
2. 将薄膜样品放置在电极夹具中，确保样品表面平整无瑕疵。
3. 将四探针测试仪连接到稳压电源和电学测量仪表上。
4. 将四探针探头与薄膜样品接触，调整探针间距，使其与样品尺寸相适应。
5. 打开稳压电源，向薄膜样品施加电流，观察电学测量仪表的读数。
6. 记录实验数据，包括电流值、电压值和探针间距等。
7. 根据实验数据计算薄膜材料的电阻值。
三、实验注意事项
1. 在实验过程中要保持实验室环境的清洁和干燥，避免影响实验结果的准确性。
2. 在将四探针探头与薄膜样品接触时，要确保探头与样品表面平行，避免探头倾斜或与样品表面不平整而导致测量误差。
3. 在记录实验数据时，要保证电流和电压的稳定性，避免因电源波动或电路噪声等因素影响测量结果的准确性。
电阻率测量报告
电阻率测量报告一、引言电阻率是表征材料导电性能的重要物理量，在电子工程、材料科学、地质勘探等领域都有着广泛的应用。
本次测量旨在确定特定材料的电阻率，为相关研究和应用提供准确的数据支持。
二、测量原理电阻率的测量通常基于欧姆定律。
通过测量材料在一定长度和横截面积下的电阻，结合几何尺寸，即可计算出电阻率。
具体来说，我们使用了四探针法进行测量。
四探针法是一种广泛应用于半导体材料和薄膜材料电阻率测量的方法。
它通过在材料表面均匀分布的四个探针，施加恒定电流，并测量相应的电压，从而计算出电阻。
三、测量设备与材料本次测量使用了以下设备：1、高精度数字多用表：用于测量电压和电流。
2、四探针测试台：提供稳定的测量环境和精确的探针定位。
3、恒流源：提供稳定的电流输出。
测量的材料为一块矩形的金属薄片，其尺寸经过精确测量。
四、测量步骤1、样品准备对金属薄片进行清洁处理，去除表面的污垢和氧化层，以确保良好的电接触。
用千分尺精确测量样品的长度、宽度和厚度。
2、设备连接与校准将四探针与测试台连接，并确保连接牢固。
使用标准电阻对数字多用表和恒流源进行校准，以保证测量的准确性。
3、测量操作将样品放置在测试台上，调整探针位置，使其均匀分布在样品表面。
打开恒流源，设置恒定电流。
使用数字多用表测量相应的电压值，并记录。
4、数据采集在不同位置进行多次测量，以获取足够的数据样本。
对测量数据进行整理和记录。
五、数据处理与结果1、数据处理根据测量得到的电压和电流值，计算出电阻。
考虑到探针间距和样品尺寸，利用相应的公式计算出电阻率。
2、结果分析计算得到的电阻率平均值为_____（单位）。
对测量结果的误差进行分析，主要误差来源包括测量设备的精度、探针与样品的接触电阻、样品尺寸测量误差等。
六、误差分析1、测量设备误差数字多用表和恒流源的精度有限，可能导致测量值的偏差。
2、样品制备误差样品表面的清洁程度和氧化层的存在会影响电接触，从而引入误差。
3、测量环境误差测量过程中的温度、湿度等环境因素的变化可能对测量结果产生影响。
四探针测薄膜 对衬底的要求
四探针测薄膜对衬底的要求
四探针法是一种广泛应用于半导体材料电阻率、薄膜厚度测量的实验技术。
在使用四探针法测量薄膜时，对衬底的要求主要包括以下几个方面：
1.平整度：衬底表面应尽可能平整，以确保薄膜均匀沉积，并
且能保证四根探针与薄膜表面接触良好且均匀，减少因接触
不良导致的测量误差。
2.导电性：衬底需要是良好的绝缘体，避免影响测量结果。
当
薄膜很薄或者电阻率很低时，衬底的漏电流不能对薄膜电阻
测量产生干扰。
同时，对于某些特殊应用，如霍尔效应测试
等，可能要求衬底具有特定的导电性。
3.化学稳定性：衬底材料应具有良好的化学稳定性和热稳定
性，不易与薄膜材料发生反应或被腐蚀，避免影响薄膜性质
和测量过程。
4.厚度与硬度：衬底厚度要足够支撑薄膜以及承受四探针测试
过程中可能产生的轻微压力，硬度适中以便于探针能够顺利
刺入薄膜而不损伤其结构。
5.纯度：为了准确测定薄膜本身的物理性能，衬底材料应具有
高纯度，避免含有杂质影响薄膜的形成和性质。
6.尺寸与形状：衬底尺寸一般需满足四探针可以同时接触到薄
膜样品，且形状规则以便进行精确的空间定位。
7.兼容性：衬底材料应与待测薄膜材料具有良好的工艺兼容
性，例如在沉积薄膜的过程中不会引起衬底变形或破坏。
四探针法测量电阻率和薄层电阻
V D W F F W ， 选 取 测 试 电 流 I ， 使 I S S
D W I F F S S
然后在仪器上调节 W1 和 W2， 使测试电流显示值为 “□ W ABCD ，
ABCD” 。当选取不同的电流量程时，测试电流显示值与实际电流值的关系如表 3。 按以上方法调节电流后，按 K6 键选择“ R / ” ，按 K5 键选择“ ” ，这时仪器所 显示的数值即为样品电阻率的测试结果（ cm ） 。
值得注意的是它与正方形边长的大小无关，所以取名为方块电阻。 实际上无限薄层是不存在的，但只要薄层的厚度 d <<S / 2 时，可视为无限薄层。 如，在半导体器件制造中，其扩散层的厚度只有数微米（ m ）或更小，一般薄膜材料 的厚度也在几微米以下，多为纳米（ nm ）量级，而探针间距S一般为1mm 左右，所以 无限薄层的条件是能够满足的。 如果薄层的表面不能视为无穷大，就要对（15）式进行修正。此时薄层方块电阻 的公式变为
V D W F F I S S
W
（17）
其中，D 为样品直径，单位：cm； S 为探针间距，单位：cm； W 为样品厚度，单位：cm； F（D/S）为样品直径修正系数，由附表Ⅰ查出； F（W/S）为样品厚度修正系数，由附表Ⅱ查出； I 为 1、4 探针流过的电流值，单位：mA； V 为 2、3 探针间的电压值，单位：mV. （2）薄层方块电阻 R ( / ) ：
（5）
（6）
V23 V2 V3
所以，样品的电阻率为：
I 1 1 1 1 ( ) 2 r12 r24 r13 r34
（7）
2 V23 1 1 1 1 ( ) 1 I r12 r24 r13 r34
扩展电阻测试的研究(实验报告)
a=1.1×[Fr/2 ](E1、E2分别是金属探针与半导体材料的杨氏模量，Fr是加在探针尖的压力)
计算，一般在5-7.5 m;K( )是与 有关的修正因子，与探针和半导体材料的接触状态、材料的电阻率、导电类型和晶向等因素相关。在实际应用中，一般是在已知电阻率的试样上，测出Rs值，然后计算出a。再根据a值，测量出未知电阻率的样品上的局部电阻率 s，并由下式获得载流子浓度值：
扩展电阻测试
一．实验目的
利用特殊的点接触金属探针，通过测出半导体器件表面的每一点的扩展电阻值，得到电阻、电阻率和载流子浓度
二．三探针的测试原理
（三探针结构图P32）
1号2号两个探针之间加上一定电压，测出通过探针的电流，由此求得其局部的电阻值，即扩展电阻Rs。由此，Rs和局部电阻 s的关系为
Rs= s/线始终平行于斜面与原始表面之间的交线，两针并排步进。
2、探针压力一般选在20-50g,以尽可能减小针尖的磨损及材料的塑性形变。
3、小信号测量。
4、多层结构薄膜测量的修正。
五．意义：
扩展电阻测试可以对所有硅材料和器件进行电学测量。它不仅适合测量半导体外延薄膜材料的电阻率，还可以测量外延层的载流子分布和外延层厚度；而且适合测量体材料的微区电阻率均匀性、pn结的结深和扩展层电阻率或电阻率分布等；特别适合分析和测定不同导电类型的多层结构的电阻率及其分布，对多层结构的层数、深度和电阻率几乎没有什么限制，因此，它也是研究半导体多层器件结构电学性能的主要测试分析技术。
s=
三．实验步骤
1.对样品进行磨角，制造出一个和表面成一定角度的斜面。
2.测量样品表面和剖面的电阻率和载流子浓度及其分布。
如果样品斜面与表面的夹角为 与测试出来的斜面上的电阻率 的关系为：
薄膜热敏电阻
薄膜热敏电阻一、引言薄膜热敏电阻是一种常见的电阻器件，具有温度敏感性能，广泛应用于温度测量和控制领域。
本文将介绍薄膜热敏电阻的基本原理、制备方法、特性参数以及应用等方面的内容。
二、基本原理薄膜热敏电阻的基本原理是材料在不同温度下的电阻值发生变化。
通常采用氧化物作为热敏材料，如锡氧化物、镁氧化物等。
这些材料在高温下呈现n型半导体特性，在低温下呈现p型半导体特性。
当材料受到热量作用时，其内部载流子浓度发生变化，从而导致电阻值发生变化。
三、制备方法1. 溶胶-凝胶法：将金属盐或有机金属与溶剂混合后形成溶胶，经过凝胶处理后形成薄膜。
2. 物理气相沉积法：通过高温真空条件下将材料沉积在衬底上形成薄膜。
3. 化学气相沉积法：将金属有机化合物和气体反应，在高温条件下沉积在衬底上形成薄膜。
4. 电化学沉积法：通过电解液中的化学反应，在电极上形成薄膜。
四、特性参数1. 热敏系数：指在单位温度变化下，电阻值的变化率。
通常用%/℃来表示。
2. 零点电阻：指在0℃时，热敏电阻的电阻值。
3. 稳定性：指热敏电阻在长期使用过程中，其特性参数是否稳定不变。
4. 精度：指热敏电阻的测量误差范围。
通常用±%来表示。
五、应用1. 温度测量：薄膜热敏电阻可以作为温度传感器，测量环境温度、工业生产中的物体温度等。
2. 温度控制：将薄膜热敏电阻与控制器配合使用，可以实现对设备或系统的温度自动控制。
3. 温度补偿：将薄膜热敏电阻与其他传感器配合使用，可以实现对其他传感器信号的温度补偿，提高测量精度。
六、结论薄膜热敏电阻作为一种常见的电阻器件，具有温度敏感性能，广泛应用于温度测量和控制领域。
其制备方法多种多样，特性参数也各不相同。
在实际应用中，需要根据具体需求选择合适的热敏电阻，并注意其稳定性和精度等特性参数。
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范 德 堡 法 是 在 方 形 四探 针 法 的基 础 上发 展 而 来 的 。在 该 测 量 技 术 中， 被测样品的厚度必须小于其宽度和长度。为了确保 测量数据 的准确 性 ， 测 样 品 最 好 具 有 对 称 的 外 形 并 且 中 间 不 能有 独 立 的 空或 破 损 。 被 该 方 法 要 求 四 个 探 针 分 别 以 欧 姆 接 触 的 形 式 放 置 在 被 测 样 品 的边 缘 ， 并 且探针的尺寸要求尽可能小。事实发现 ， 任意形状被测样 品的方块 电阻 都 可 以 由 两 个 电 阻 决 定 — — 垂 直 方 向上 测 得 的 电 阻 ， Ｒ。 ， 水 平 方 如 和 向上测得的电阻 ， Ｒ 。实 际的方块 电阻 Ｒ口 如 与电阻 Ｒ。 ． ： Ｒ 满足范
科技信息
高校 理科 研 究
半 导 傩 薄 膜 电 阻 酌 测 星 技 术研 究
南京信 息职 业技 术 学院 韩 萌
［ 摘 要］ 电阻率是描述半导体材料性能的重要参数之一 ， 四探 针技 术是测量半 导体材料 电阻率的主要手段 。本文对四探 针技 术测 量半导体 薄层 电阻的重要性进行 了分析 ， 结合常用的四探针 测量技 术探讨半 导体电阻率的测 量方法， 重点讨论 直线 四探针技术和矩
德 堡 方 程
ｅｐ ｘ
Ｉ ＿
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［ ４ ）
通 过 两 次 测 量探 针 间 的 电 压 获 得 水 平 和 垂 直方 向 上 的 电 阻 ，结 合 范德 堡方程即可以求 得被测 样品的方块 电阻值 。 ４３ 置式方 形 Ｒ ｍａｚｗｓｉ ．斜 ｙ ｓｅ ｋ 四探针 法 斜置式方形 Ｒ ｍａｚｗ ｋ 四探针法是 在普通方形 四探针测试 法和 ｙ ｓｅ ｓｉ 普通 直 线 四探 针法 的 基础 上 发 展 而 来 的 。它 的 主要 特 点 是 四 个 探 针 不 是垂直 于被测半导体 基片的表面 ，而是探针相对于半 导体 表面有一定 角度 的倾斜 。这种探针排 布模式的主要特点就是在 于可以实现较 小的 探针 间距 ， 而使得被测微 区的尺寸更小 ， 从 这样可 以得 到更 为精准的微 区特 性 。 Ｒ ｍａｚｗ ｋ 法 在 用 于无 穷 大 薄层 样 品 时 ， 受 探 针 距 离 和 探 ｙ ｓｅ ｓｉ 不 针 纵 向位 置 移 动 的影 响 。 将 方形 四探针 法 与 Ｒ ｍ ｓｅ ｓｉ ｙ ａｚｗ ｋ 法相 互结 合得 到 的斜 置式 方 形 Ｒ ｍ ｓｅ ｓｉ 试 法 ， 以综 合 两 种 测 量 方 法 的优 点 。 Ｒ ｍａｚｗｓｉ ｙ ａｚｗ ｋ测 可 用 ｙ ｓｅ ｋ 法 测 量 得 到 的薄 层 电阻 表 示 为
形四探针技术 ， 对比 了常用的几种四探针技 术的优劣。 ［ 键 词 ］ 阻率 四探 针 测 量 关 电
１引言 ．
．
随着集成 电路工业的快速发展 ，我们不仅需 要功能强大的设计模 拟工具 和先进 的工艺制造技术 ， 还需要可靠 的测试 手段 ， 四探针技术一 直都是半导体测量的重要方法 ，近年来 四探针测试 技术更是成为半导 体制造领域应用最为广泛的检测手段之一 。薄层 电阻是影响半导体器 件重要特性参数的因素之一 ，微区薄层 电阻的均 匀性 和电学特性受到 越来越 多的关注… 四探针测试技术作为测量薄层 电阻的主要技术手段 ， 也随之体现 出越来越明显的重要性 和实用价值 。 ２ 四探 针 测 试技 术 的发 展 ． 四探针测试方法按探 针的排列方式可分为直线 四探 针法和矩形 四 探针法 。 其中矩形四探针 法又分 为竖直 四探针法和斜置 四探针法 。 按发 明人 分 又 可 分 为 Ｐ ｒ ｆ法 、 ｙ ｓｅ ｓｉ （ 双 位 测 量 法 ）范 德 堡 法 、 ｅｌ ｆ Ｒ ｍａｚｗ ｋ 法 即 ｏ 、 改进 的范 德 堡 法 等 。 每种 方 法 对 被 测 样 品 的大 小 以及 厚 度都 有 明 确 要 求， 当测 试 条 件 未 完 全 满 足 时 ， 需 要 考 虑 边 缘 效 应 和 厚 度效 应 并 加 以 就 修正 。 常规 四探针法使用简便 ， 目前 国内广泛使用 的一种测量方法 。 是 但 是随着集成电路技 术的不 断发展 ， 要测量的微 区尺 寸越来越小 ， 需 常规 直线 四探针法 的测量精度 受到边缘 效应 和探针 游移 的影响 越来越 明 显， 所以对于微小的被测样 品通常使用改进 的范德堡法进行测量 。 Ｒ ｍ ￣ｅ ｓｉ ｙ ａｚｗ ｋ 法是直线 四探针法 的一种 ， 它与常规的直线 四探针 法 的主要区别在于 ， 前者是对 同一 被测 对象采用两次测量 ， 而后 者是单 次 测量 。Ｒ ｍ ｓｅ ｓｉ ｙ ａｚｗ ｋ 双位测量法 中除了厚度需 要修正外 ， 不存在任何 其 他修正的问题 ， 同时也不受探针机械性 能的影响 ， 以测量结果 的准确 所 度 比常 规 直 线 四探 针 测 量 方 法 要 高 。 由矩 形 四探 针 测 量 法 衍 生 出 改进 的 斜 置 式 方 形 Ｒ ｍ ｓｅ ｓｉ ｙ ａｚｗ ｋ 四探 针 法 。 这 种 方 法能 更 精 确 地 表 示 被 测 样 品 的 微 区 特 性 。 目前 ， 国内 外 已经 展 开 了针 对 微 区测 试 方 法 的 广 泛 研 究 ， Ｃ ｏｓ 如 ｒｓ— ｌｖ 人 和 Ｐｒ ｆ等 人 的 测 试 系 统 已经 可 以 得 到 全 片 的 薄 层 电阻 分 布 ， ｅ等 ｅｌ ｆ ｏ 也 就 是 所 谓 的 Ｍａｐｎ 术 ； 内也 逐 渐 展 开相 关 技 术 研 究 ， 取 得 一 ｐ ｉｇ技 国 并 定进展。 ３薄 层 电 阻和 方 块 电 阻 ． 为了测量一个半导体薄层的导电性能 ， 引入薄层电阻的概念。 如果 个均匀导体是一个长为 Ｌ、 宽为 ｗ、 为 ｄ的薄层 ， 厚 电阻率为 ｐ 则其 ，