四探针技术
四探针测试仪的技术参数
四探针测试仪的技术参数四探针测试仪是一种用于测量材料电阻率、电导率、薄膜厚度等物理性质的仪器。
它具有高精度、高灵敏度、重复性好等特点，被广泛应用于半导体、涂层、薄膜等领域。
本文将介绍四探针测试仪的技术参数，以便用户在选择和使用时能够更好地了解该仪器的性能和优势。
1. 电极间距四探针测试仪的电极间距是指四个探针之间的距离，也称为探针间距。
不同的电极间距适用于不同的测试范围和需求。
在薄膜测量和研究中，0.1mm到10mm 的电极间距是比较常见的，而在半导体器件测试中，电极间距通常是几十微米到几毫米。
电极间距的精度越高，测试数据的精度也会更高。
2. 测试范围四探针测试仪的测试范围是指其可测量的电阻率范围或者电导率范围。
在实际应用中，测试范围应根据被测试物质的特性和需求而定。
较低的电阻率可用于半导体器件测试，而较高的电阻率通常用于涂层、薄膜等领域。
根据测试范围的不同，四探针测试仪还可测量物质的电荷密度、载流子浓度等物理量。
3. 精度四探针测试仪的精度是指测试结果的准确程度。
确保仪器精度是选择仪器时的重要因素。
仪器的精度受到多种因素的影响，包括仪器本身技术水平、电极间距、被测样品的性质和几何形状等。
一般而言，四探针测试仪的精度可达到0.01%至1%。
4. 工作频率四探针测试仪的工作频率是指测试时所使用的交流电压的频率。
在测量材料电阻率时，高频率可以减少热效应，从而减小误差。
而在测量材料的介电常数时，低频率的交流电压更有利于获得真实的测试结果。
因此，在使用四探针测试仪时，需要根据被测试材料的特性选择合适的工作频率。
5. 数据输出方式四探针测试仪的数据输出方式分为两种：数字输出和模拟输出。
数字输出通常用于自动处理测试数据和自动控制测量等应用，而模拟输出则适用于需要手动分析和处理数据的应用。
现代四探针测试仪通常都具有数字化的数据处理功能，能够自动输出测试结果，并直接传输到计算机或其他外部设备。
6. 附加功能现代四探针测试仪通常还具有一些附加功能，以提高仪器的性能和可靠性。
半导体物理-四探针方法测电阻率
5、将工作选择档置于“调节”，电流调节在I ＝6.28=C，C为探针几何修正系数。
1.显示板 2、单位显示灯 3、电流量程开关 4、工作选择开关 （短路、测量、调节、自校选择）5、电压量程开关6、输入插 座7、调零细调8、调零粗调9、电流调节10、电源开关11、电 流选择开关 12、极性开关
２．四探针测试探头：探针间距：１mm；游 移率：±1.0%；探针：碳化钨 Φ0.5mm 压力：0~2kg可调。
（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。
（b）簿片电阻率测量 簿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 状和测量位置的修正系数。
电阻率值可由下面公式得出：
C
V I
G(W S
)D( d S
)
0G(WS
)D( d S
)
式中：ρ0 为块状体电阻率测量值；
W：为样品厚度（um）；S：探针间距（mm）；
G(W/S)为样品厚度修正函数，可由附录IA位置的修正函数，可由附
录２查得。W/S＜0.5时，实用。
当圆形硅片的厚度满足W/S＜0.5时，电阻率为：
0
W S
1 2 ln 2
D(d ) S
2、带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时：
R0
(V
ln 2 I
)
4.53V I
若取I ＝ 4.53 I0，I0为该电流量程满度值， 则R0值可由数字表中直接读出的数乘上10 后得到。
<三> 仪器结构特征
四探针法原理
四探针法原理四探针法是一种常用的表面形貌测量方法，它通过探针对样品表面进行扫描，利用探针与样品表面的相互作用来获取表面形貌信息。
四探针法可以用于测量金属、半导体、陶瓷等材料的表面形貌，具有高分辨率、高灵敏度的特点，因此在材料科学研究和工程应用中得到了广泛的应用。
四探针法的原理主要基于电学测量原理。
它利用四个探针分别对样品表面进行电学测量，通过测量样品表面的电阻率、电导率等电学参数来反映样品表面的形貌特征。
四探针法中的四个探针分别为工作探针和参考探针，工作探针用于施加电压或电流，参考探针用于测量样品表面的电学参数。
通过控制工作探针和参考探针之间的距离和位置，可以实现对样品表面形貌的高精度测量。
四探针法的原理还涉及到电场分布和电流分布的理论。
当工作探针施加电压或电流时，样品表面的电场分布会发生变化，而参考探针可以测量到这种变化，从而得到样品表面的形貌信息。
同时，四探针法还可以利用电流分布来获取样品表面的形貌特征，通过测量样品表面的电流分布情况，可以得到样品表面的粗糙度、凹凸特征等信息。
除了电学测量原理外，四探针法还涉及到力学测量原理。
在四探针法中，探针与样品表面的相互作用会产生力学信号，通过测量这些力学信号可以获取样品表面的形貌信息。
这种力学测量原理可以帮助我们更全面地了解样品表面的特征，包括表面的硬度、弹性模量等力学性质。
总的来说，四探针法的原理是基于电学测量和力学测量相结合的方法，通过控制探针的位置和距离，利用电场分布、电流分布和力学信号来获取样品表面的形貌信息。
这种方法具有高分辨率、高灵敏度的特点，可以用于测量各种材料的表面形貌，对材料科学研究和工程应用具有重要意义。
四探针法的原理不仅可以帮助我们了解样品表面的形貌特征，还可以为材料加工、表面处理等工艺提供重要参考依据。
因此，四探针法在材料科学领域具有广阔的应用前景。
四点探针测试技术44页
整体式微观四点探针测试系统特点
优点
1.结构简单； 1.测试稳定性好； 3.单悬臂式相对于四悬臂式测试稳定性聚焦好；
缺点
探针间距固定，灵活性较差，仅能实现直线式测量；
微观十二点探针：具有探针可调功能
图14.市场化的微观十二点 探针，采用四点测试模式 时最小探针间距1.5μm ， Capres A/S制造。
1 测试理论
报告 内容
2 研究进展
3 探针制备
四探针测试仪
最常见四探针测试仪为RTS和RDY系列。
测试探针 被测样品
图1.RTS-8型四探针测试仪（左）、 SDY-5型死探针测试仪（右）
四探针测试仪
图2. RTS-8型四探针电气原理图
发展历史
1865年 汤姆森 首次提出四探针测试原理； 1920年 Schlunberger 第一次实际应用，测量地球电阻
率；
1954年 Valdes 第一次用于半导体电阻率测试； 1980年代 具有Mapping技术的四点探针出现； 2019年 Pertersen 开发出首台微观四点探针
四探针传统应用
图3.四探针技术的传统应用
四探针测试原理
图 5.四探针测试原理图
四根等距探针竖直的排成一排，同 时施加适当的压力使其与被测样品 表面形成欧姆连接，用恒流源给两 个外探针通以小电流I，精准电压表 测量内侧两探针间电压V，根据相 应理论公式计算出样品的薄膜电阻 率
商业化微观四点探针
图12. 瑞士Capres A/S制造的四 点探针，最小探针间距5微米 图11.市场化微观四点探针测试仪
整体式微观四点探针测试系统
基于AFM的整体式微观四点探针系统
四点探针测试技术
图18.UHV-MBE-SEMSTM四点探针系统结构 示意图
四点STM探针测试系统研究进展
2006年中国科学院物理研究所纳米物理与器件研究室制 备出超高真空分子束外延（MBE）——四探针STM （Nanoprobe）设备，为世界上第一台可原位制备纳米体 系并研究其表面结构、电子态结构与电子输运性质的综合 系统，
由四个测试电极或一单悬臂四点电极过定于测试系统探 针台上，四电极位置相对固定。目前比较先进的测试系统 为基于原子力显微镜（AFM）的微观四点探针系统。
商业化微观四点探针
图12. 瑞士Capres A/S制造的四 点探针，最小探针间距5微米 图11.市场化微观四点探针测试仪
整体式微观四点探针测试系统
图917. UHV-SEM-SERM-RHEED四点探针系统结构示意图以俯视图
四点STM探针测试系统研究进展
2005年美国匹兹堡大学研制出UHV-MBE-SEM-STM四点探 针系统,具有多探针STM/SEM室，表面分析和准备室，分子 束外延室，传输室。配备多种标准表面科学分析工具AES 、 XPS、QMS、LEED 等。能够实现薄膜沉积、掺杂或量子点 生 长，并做四点电学表征和其他表面分析。
基于AFM的整体式微观四点探针系统
AFM技术四点探针技术相结合，同时具备表面形貌表 征和表面电导率Mapping功能。2005年日本东北大学开发 第一台AFM四点探针。
图13.AFM四点探针测试系统原理图，AFM四点探针SEM图。
整体式微观四点探针测试系统特点
优点
1.结构简单；
1.测试稳定性好； 3.单悬臂式相对于四悬臂式测试稳定性聚焦好；
图21 圆形和方形小样品局部灵敏度
微观四点探针制备技术
探针在微观四点探针表征系统中是核心精密部件，对 系统的微型化进展起着决定性作用，
四点探针法
四探针测试方法分类
四探针测试技术方法分为直线四探针法和方形四探 针法。方形四探针法具有测量较小微区的优点，可以测 试样品的不均匀性，微区及微样品薄层电阻的测量多采 用此方法。
四探针法按发明人又分为Perloff法、Rymaszewski法、 范德堡法、改进的范德堡法等。值得提出的是每种方法 都对被测样品的厚度和大小有一定的要求，当不满足条 件时，必须考虑边缘效应和厚度效应的修正问题。
• 四探针法除了用来测量半导体材料的电阻率以外，在半 导体器件生产中广泛使用四探针法来测量扩散层薄层电 阻，以判断扩散层质量是否符合设计要求。
• 因此，薄层电阻是工艺中最常需要检测的工艺参数之一。
四点探针测试技术
1、概述
四探针法用于测量半导体材料（厚材和薄片）电阻率以 及硅片上的扩散层、离子注入层的方块电阻，也可以测量 玻璃或其他绝缘材料上所形成的导电膜方块电阻。四探针 测试技术已经成为半导体生产工艺中应用最为广泛的工艺 监控手段之一。
14
半导体材料的电阻率： 在半无穷大样品上的点电流源，若样品的电阻率ρ均匀，引 入点电流源的探针其电流强度为I，则所产生的电力线具有球 面的对称性，即等位面为一系列以点电流为中心的半球面， 如图所示。在以r为半径的半球面上，电流密度j的分布是均 匀的。
若E 为r处的电场强度，则：
E j I 2 r2
下面重点介绍直线四探针法。
13
2、直线四探针法测量原理
在直线四探针技术中，四根探针通常是等距排成一条直 线，给探针施加一定压力，使之垂直地压在一块相对于探针 间距可视为半无穷大的样品上。外侧的两个探针之间施加电 流，中间的两个探针之间放置高精度电压表，就可以测出被 测样品的电阻率。测量电路如下图所示：
扩散层的方块电阻测量
四点探针法
7
四探针测试方法
如上图，电流的路径与前幅图相同，但是测量电压使 用的是另外两个接触点。尽管电压计测量的电压也包含了 导线电压和接触电压，但由于电压计的内阻（>1012Ω）很 大，通过电压计的电流非常小，因此，导线电压与接触电 压可以忽略不计，测量的电压值基本上等于电阻器两端的 电压值。这样消除掉了寄生压降，使得测量变得精确了。 之后，四探针法变得十分普及。
R L L L ohms A Wt t W
方块电阻
因此，样品的电阻可以写成：
L R Rsh W ohms
R Rsh(ohms / square) Numberofsquares 5Rshohms
半导体样品方块电阻用来表征离子注入层和扩散层，金 属层等。由方块电阻公式可以看出，掺杂浓度的深度变 化不需要已知，它可以看成是掺杂浓度沿深度的积分， 而不必理会掺杂浓度到底是怎么变化的。下图给出了一 些不同物质的方块电阻随厚度变化图。
如果被测样品不是半无穷大，而是厚度、横向尺寸一定， 进一步的分析表明，在四探针法中只要对公式引入适当的 修正系数F即可，此时：
2 SF V23
I
F可以修正接近样品边缘的探针位置、样品的厚度及直径、探针位移和样品温度， 一般是几个独立修正因子的乘积。
修正因子F：
对于线性排列的探针，并且具有相等的探针间距，F可以 写成三个独立因子的乘积：
四点探针测试技术
1.厚度修正
f 0 ( ) f 0 ( )
和
f 4 ( )
，
f0(a)和f4(a)分别是对应两种原理时 的厚度修正函数，a=w/s
图8.修正f0(a)和f4(a)曲线图
四探针测试的修正
2.边缘修正
计算比较复杂，难以在实际运用，常用 镜像源法，图形变换法和有限元法
四探针测试的修正
3.温度修正
探针制备方法 FIB 光刻 电子束光刻 混合匹配光刻 传统光刻
最小探针间距
基底材料
300 nm
SiO2微悬臂梁 弹性系数3 N/m Ti /Pt 单悬臂梁 电极宽度200nm
350 nm
柔性SiO2 微悬臂梁 Ti/ Au 四平行SiO2悬臂 梁顶端聚焦方向 生长金属镀层碳 纳米管针尖 可100 nm分辨率 扫描测量表面高 度不同的样品 **2
缺点
探针间距固定，灵活性较差，仅能实现直线式测量；
微观十二点探针：具有探针可调功能
图14.市场化的微观十二点 探针，采用四点测试模式 时最小探针间距1.5μm ， Capres A/S制造。
微观四点STM探针测试系统
将STM技术与四探针原理相互结合，拥有4个可独立驱动 探针的STM用于四点探针的电学表征。每个探针实现独立 操作，四点探针可以实现各种模式和不同探针间距的测量。 四个探针通过检测隧道电流进行反馈控制，使四探针同时 与样品表面接触。通过压电控制使其以原子级分辨率实现 在样品表面的扫描测量。完成四点探针电学表征。 能够原位、非破坏性进行四点探针测量，而且具有STM 的操纵功能：最小探针间距30nm，已经市场化应用。
图19.四探针SYM-MBE-LEED系统
微观四点STM探针测试系统
优点
四探针法原理
四探针法原理
四探针法是一种常用的表面形貌测量方法，它通过使用四个探针来测量样品表面的高度差异，从而得到表面的三维形貌信息。
四探针法原理简单易懂，具有高精度和高灵敏度的特点，因此在材料科学、纳米技术、半导体工艺等领域得到了广泛的应用。
四探针法的原理基于电学测量，通过在样品表面施加电压，利用探针之间的电流和电压关系来确定样品表面的形貌。
四个探针分别为工作探针和参考探针，工作探针用于在样品表面施加电压，参考探针用于测量电流和电压的变化。
通过对这些数据进行分析，可以得到样品表面的高度差异信息。
四探针法的原理可以简单概括为，首先，工作探针在样品表面施加电压，产生电流；其次，参考探针测量电流和电压的变化；最后，通过对电流和电压的分析，得到样品表面的高度差异信息。
这种方法不仅可以测量样品表面的高度差异，还可以测量样品的电学性质，因此在材料科学和半导体工艺中得到了广泛的应用。
四探针法原理的核心在于利用电学测量来获取样品表面的形貌信息，其优点在于高精度和高灵敏度。
与传统的光学测量方法相比，四探针法可以避免光学干扰和表面反射的影响，因此在测量金属、半导体等材料的表面形貌时具有很大的优势。
除了用于表面形貌测量，四探针法还可以用于测量材料的电学性质，比如电阻率、载流子浓度等。
这使得四探针法不仅可以用于表面形貌分析，还可以用于材料的电学性质研究，具有很大的应用潜力。
总之，四探针法原理简单易懂，具有高精度和高灵敏度的特点，适用于材料表面形貌和电学性质的测量和分析。
它在材料科学、纳米技术、半导体工艺等领域具有广泛的应用前景，是一种非常重要的表面形貌测量方法。
四探针 电阻
四探针电阻四探针电阻测量技术是一种常用的电阻测量方法，它通过使用四根导线组成的四探针，将电阻测量电路与待测电阻相连接，以减小导线电阻对测量结果的影响。
在四探针测量中，两根探针起到测量电压的作用，另外两根探针用于测量电流，通过测量电压和电流的比值来计算电阻的值。
四探针电阻测量技术具有精度高、适用范围广的优点，被广泛应用于电子、材料、电化学等领域的电阻测量。
下面将从原理、仪器、应用等方面进行详细介绍。
四探针电阻测量的原理是基于欧姆定律，即电流通过一个电阻的大小与两端的电压成正比。
在传统的二探针电阻测量中，电流通过线路的整个路径，包括电阻和连接电线的导线。
而四探针电阻测量中，电流是通过两根探针之间的电阻来测量，导线的电阻对测量结果的影响几乎可以忽略不计。
四探针电阻测量使用了两对互相独立的探针，其中一对探针用于测量被测电阻上的电压，另一对探针用于测量通过被测电阻的电流。
这种配置能够绕过被测电阻之间的导线电阻，并且减小了外部电磁干扰对测量结果的影响，从而提高了测量的准确度。
四探针电阻测量的仪器主要由三部分组成：电流源，电压测量设备和显示器。
电流源主要用于提供恒定的电流，通常使用交流电源。
电压测量设备一般采用微伏表或数字电压表，用于测量电压。
显示器用于显示测量结果。
四探针电阻测量技术有许多应用。
在半导体材料中，四探针电阻测量可以用于对薄膜电阻、接触电阻和材料表面电阻的测量。
在微电子器件的制造过程中，四探针电阻测量技术可以用于对导电膜、电极和金属线的电阻测量。
此外，四探针电阻测量还可以用于研究材料的电学性质、导电性和电阻率。
总之，四探针电阻测量技术通过使用四根导线组成的四探针，能够减小导线电阻对测量结果的影响，提高测量的准确度。
它是一种精度高、适用范围广的电阻测量方法，在电子、材料、电化学等领域得到了广泛的应用。
四探针电阻测量技术的原理简单明了，仪器配置方便实用，并有多种应用场景。
四探针测试原理
四探针测试原理四探针测试（Four-point probe），也被称为四探针电阻测量法，是一种用于测量电导率和电阻的常用方法。
通过使用四个细尖探针接触材料表面，可以准确测量材料的电学性质。
本文将介绍四探针测试的原理以及其应用领域。
一、原理四探针测试的原理基于电流和电压之间的关系。
在传统的两探针测试中，只需要两个探针接触样品表面，但这种方法不能准确测量电阻，因为接触电阻会引入误差。
四探针测试则通过使用额外的两个探针来补偿接触电阻的影响，从而提高了测量的准确性。
四个探针分布在一个平面上，形成一个矩形或正方形的排列。
两个外侧的探针被称为“当前探针”，它们提供电流，并通过被测物体的表面传输电流。
两个内侧的探针被称为“电压探针”，它们用于测量在材料上形成的电压差。
在测试过程中，电流探针提供电流，通过被测材料流动，而电压探针则用于测量电压差。
根据欧姆定律，电阻可以通过测量电流和电压之间的比值来计算。
由于电流探针之间的距离相等且小于电压探针之间的距离，四探针测试可以减小接触电阻产生的误差。
因此，四探针测试可以提供更准确的电阻测量。
二、应用领域四探针测试在许多领域中都有重要的应用，特别是在材料科学和半导体领域。
以下是几个常见的应用领域：1. 材料科学：四探针测试可以用于测量材料的电阻率和导电性。
它被广泛用于研究不同材料的电学性质，以及评估材料的品质和一致性。
2. 半导体材料：四探针测试在半导体器件分析中具有重要作用。
它可以用来测量半导体材料的片内电阻和薄膜材料的电阻。
3. 导电薄膜：四探针测试可以测量导电薄膜的电阻率和薄膜的均匀性。
这对于制备导电薄膜和薄膜材料的性能优化至关重要。
4. 纳米材料：由于纳米材料的尺寸小，传统的两探针测试失效。
四探针测试可以在纳米材料的表面进行非破坏性电阻测量。
总结：四探针测试是一种准确测量电导率和电阻的方法。
通过使用四个探针接触材料表面，可以消除接触电阻造成的误差，提高测量的准确性。
中科院物理研究所lk99四探针法
中科院物理研究所lk99四探针法
（最新版）
目录
1.引言：介绍中科院物理研究所 lk99 四探针法
2.四探针法的原理
3.四探针法的应用
4.四探针法的优势与不足
5.结论：总结四探针法的重要性
正文
【引言】
本文将介绍中科院物理研究所 lk99 四探针法。
这是一种在材料科学研究中常用的技术，可以帮助科学家们更好地理解材料的性质和行为。
【四探针法的原理】
四探针法是一种测量材料电导率的技术。
它通过在材料的四个角落放置电极，然后施加电流和电压，来测量材料的电导率。
这种方法的优势在于，它可以在保持材料结构不变的情况下，测量材料的电导率。
【四探针法的应用】
四探针法被广泛应用于各种材料的研究中，包括半导体、金属和绝缘体。
它可以帮助科学家们研究材料的导电性、热学性质和磁性。
此外，四探针法还可以用于检测材料的缺陷和界面。
【四探针法的优势与不足】
四探针法的优势在于，它可以在保持材料结构不变的情况下，测量材料的电导率。
这使得它可以用于研究材料的导电性、热学性质和磁性。
然而，四探针法也存在一些不足，例如，它不能测量材料的磁性，也不能测
量材料的光学性质。
【结论】
总的来说，四探针法是一种重要的材料科学研究技术，它可以帮助科学家们更好地理解材料的性质和行为。
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。
材料电阻率的测量(四探针法)
材料电阻率的测量（四探针法）一：实验目的1：熟悉四探针法测量电阻率和薄层电阻的原理及测量方法。
2：了解影响电阻率测量的各种因素及改进措施。
二：实验仪器1:实验仪器：RTS-5 型双电测四探针测试仪RTS-5 型双电测四探针测试仪测量原理通过采用四探针双位组合测量技术，将范德堡测量方法推广应用到直线四探针上。
利用电流探针和电压探针的组合变换，进行两次电测量，其最后计算结果能自动消除由样品几何尺寸、边界效应以及探针不等距和机械游移等因素所引起的，对测量结果的不利影响。
因而在测试过程中，在满足基本条件下可以不考虑探针间距、样品尺寸及探针在样品表面上的位置等因素。
这种动态地对以上不利因素的自动修正，显著降低了其对测试结果的影响，从而提高了测量结果的准确度。
其优点是目前广泛使用的常规四探针测量方法根本办不到的。
2:技术指标A:测量范围电阻率：0.001～200Ω.cm(可扩展)；方块电阻：0.01～2000/□(可扩展)；电导率：0.005～1000s/cm；适合样品厚度：≤3.00mm；可测晶片直径：140mmX150mm (配 S-2A 型测试台)；200mmX200mm (配 S-2B 型测试台)；400mmX500mm (配 S-2C 型测试台)；B:恒流源电流量程分为 0.1mA、1mA、10mA、100mA 四档，各档电流连续可调；C:数字电压表量程及表示形式：000.00～199.99mV；分辨力：10μV；输入阻抗：＞1000MΩ；精度：±0.1%；显示：四位半红色发光管数字显示；极性、超量程自动显示；D:四探针探头基本指标间距：1±0.01mm；针间绝缘电阻: ≥1000MΩ；机械游移率: ≤0.3％；探针：碳化钨或高速钢材质，探针直径Ф0.5mm；探针压力：5～16 牛顿(总力)；E:四探针探头应用参数见探头附带的合格证，合格证含三参数项：C：探针系数； F：探针间距修正因子； S：探针平均间距；F: 模拟电阻测量相对误差（按 JJG508- - 87 进行）0.1Ω、1Ω、10Ω、100Ω≤0.3％±１字；G:整机测量最大相对误差（用硅标样片:0.01-180Ω.cm测试）≤±4%；H:整机测量标准不确定度≤4％；I:外型尺寸（大约）电气主机：370mm×320mm×100mm；S-2A 型测试台：190mm×140mm×260mm；S-2B 型测试台：300mm×210mm×400mm；S-2C 型测试台：500mm×400mm×350mm；J:仪器重量（大约）电气主机：3.5kg；S-2A 型测试台：2kg；S-2B 型测试台：2.5kg；S-2C 型测试台：4kg；；K:标准使用环境温度:：23±2℃；相对湿度：≤65％；无高频干扰；无强光直射；三:实验原理1：电阻率的测量是半导体材料常规参数测量项目之一2:四探针法是一种广泛采用的标准方法，在半导体工艺中最为常用，其主要优先在于设备简单，操作方便，准确度高，对样品的几何尺寸无严格要求。
四点探针测试技术
3.探针寿命
探针折断：避免操作失误、提高探针控制精度、增强探 针强度；
探针磨损：提高力控制精度、柔性探针、改变探针形状 （three-way flexible M4PP）、基体和导电薄膜加过度粘 结薄
精选课件
38
微观四点探针测试技术面临的问题
5.探针精确定位与力控制问题
高精度SEM 控制系统改进
6.电子束对样品表面电学特性的影响
图8.修正f0(a)和f4(a)曲线图
精选课件
14
四探针测试的修正
2.边缘修正
计算比较复杂，难以在实际运用，常用
镜像源法，图形变换法和有限元法
精选课件
15
四探针测试的修正
3.温度修正
半导体材料的电阻对温度非常敏感，温度也是影响其测试精 度的又一个重要因素，一般情况下半导体电阻率的参考温度 23+0.5.
公式中
RW
为薄层电阻，也成为单位方块电阻【6】
RW:薄层电阻, W:薄层厚度 A:r无穷大时的电势
精选课件
13
四探针测试的修正
实际测试中，要对四探针测试方法进行修正，包括厚度修 正，边缘修正和温度修正。
1.厚度修正 f4 ()
f0 ( )
f0 ( )
和
，
f0(a)和f4(a)分别是对应两种原理时
的厚度修正函数，a=w/s
率；
1954年 Valdes 第一次用于半导体电阻率测试； 1980年代 具有Mapping技术的四点探针出现； 1999年 Pertersen 开发出首台微观四点探针
精选课件
5
四探针传统应用
图3.四探针技术的传统应用
精选课件
6
四探针测试原理
四探针法测量电阻率和薄层电阻
RS C0
式中 C 0 为修正系数。
V23 I
（16）
四、实验装置
本实验使用 SDY-4D 型四探针测试仪，见图 6。仪器由主机（电气测量装置）和 DJ-2 型电动测试台组成，两部分独立放置，通过连接线连接，其主要技术参数如下： （1）测量范围：电阻率为 0.010～180 cm ；方块电阻为 0.10～2900Ω /□. （2）可测样品尺寸： 6mm～150mm . （3）可测样品厚度： 0.1mm～20mm . （4）测量误差：≤±5％. （5）探针间距： 1.0mm .
(
ln2
)d
V23 V 4.5324d 23 I I
（13）
（13）式说明：对于极薄样品，在等间距探针情况下，测量结果与探针间距无关，电 阻率与被测样品的厚度 d 成正比。
图4
薄层电阻的测试图
图 5 方块电阻定义示意图
实际工作中，仪器直接测试出薄层电阻（ RS ），又称方块电阻（ R ），其定义就 是表面为正方形的半导体薄层，在电流方向所呈现的电阻，见图 5。
（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
（8）
上式就是利用直流四探针法测量电阻率的普遍公式。 我们只需测出流过1、4 探
图6
SDY-4D 型四探针测试仪
仪器电气原理如图 7 所示。
图7
SDY-4D 型四探针测试仪电气原理框图
图 8 四探针法测量原理图
仪器测量原理如图 8 所示。将排成一条直线且等间距的四根探针以一定的压力垂 直地压在被测样品的表面上，在 1、4 探针间通以电流 I (mA) ，2、3 探针间就会产生 一定的电压 V (mV ) 。测量此电压，并根据测量方式和样品的尺寸不同，可分别按以下 公式计算样品的电阻率或方块电阻： （1）薄圆片（厚度≤4mm）电阻率 ( cm) ：
物理实验技术中的材料导电性能测试方法与实验技巧
物理实验技术中的材料导电性能测试方法与实验技巧导电性能是材料在电流通过时所表现出的电导能力，对于很多领域的研究和应用来说都具有重要意义。
在物理实验中，了解和掌握材料导电性能的测试方法和实验技巧至关重要。
本文将介绍一些常用的材料导电性能测试方法和实验技巧，以帮助读者更好地开展物理实验研究。
一、四探针法四探针法是一种常用的材料导电性能测试方法。
该方法通过使用四个电极，其中两个电极作为电流引入电极，另外两个电极则用来测量电压。
该方法的原理是通过测量电流和电压之间的关系，计算出材料的电阻率。
在实验过程中，需要注意保持四个电极之间的距离恒定，避免电极之间的干扰。
二、霍尔效应法霍尔效应法是一种用来测量材料电导率的方法。
实验步骤是将材料置于一个恒定的磁场中，然后通过材料施加电流。
由于霍尔效应，会在材料中产生一个横向电压，通过测量该电压和电流的关系，可以计算出材料的电导率。
这种方法在材料导电性能研究中具有较高的精度和灵敏度。
三、导电性能测试的实验技巧1. 样品制备：在进行导电性能测试前，需要对样品进行制备。
样品的尺寸和形状需按照实验要求进行切割或加工，确保测试结果的准确性和可重复性。
2. 温度控制：材料导电性能与温度密切相关，因此在进行测试时需要控制样品的温度。
可以使用恒温槽或电炉等设备来控制温度，并在实验过程中监测和记录温度变化。
3. 电流和电压的选择：在进行导电性能测试时，需要选择适当的电流和电压范围。
过高的电流和电压可能会对样品造成损伤，而过低则可能导致测试结果不准确。
4. 电极的安装：电极的安装也是导电性能测试中需要注意的一点。
电极应紧密固定在样品上，避免因为电极与样品之间的接触不良而造成测试结果的误差。
5. 数据处理：在得到测试结果后，需要进行数据处理和分析。
可以使用适当的软件或方法对测试数据进行处理，得到所需的导电性能参数。
结论物理实验技术中的材料导电性能测试方法与实验技巧在研究和应用中起着重要作用。
实验2 四探针法测量
2.对于一个样品， 分别测试 5 个点， 由此得出单晶硅截面的电阻率不均匀度。
数据如表 2 所示，根据电阻率不均匀度的定义， 对于 0.6mm 厚的高掺杂硅片，电阻率不均匀度为：
E
max min 3.43 - 3.40 100% 0.88% 平均 3.41
对于 0.6mm 厚的低掺杂硅片，电阻率不均匀度为：
E
max - min 0.096 - 0.095 100% 1.05% 平均 0.095
max - min 3.31 - 3.30 100% 0.303% 平均 3.30
对于 0.058mm 厚的高掺杂硅片，电阻率的不均匀度为：
E
3.对样品的同一点测量，改变测试电流并观察电阻率。
若样品电阻率为 ，样品电流为 I，则在离电流源距离为 r 处的电流密度为 J 为：
J
又由于
I 2 π r2
（2.1）
J
I 2 π r2
（2.2）
其中 为 r 处的电场强度，由（2.1） 、 （2.2）式得：
（2.3）
根据电场强度与电势梯度的关系以及球面对称性可知：
以无穷远处电势为零，则有
实验仪器
RTS-9 型双电测四探针测试仪，计算机，硅片
实验内容
1.开机预热 5 分钟，小心取出硅片样品。 2.用自动测量功能分别测试不同厚度、不同掺杂的硅片的方块电阻和电阻率。 3．对一个样品，分别测量 5 个点，由此得出单晶硅截面电阻率的不均匀度。 单晶电阻不均匀率的定义为：
E
100%
自动测量的电阻率为：
自动 3.41 Ω·cm
手动 自动
四探针方法测电阻率
的测量，如电导率、迁移率等，为材料科学和电子学等领域的研究提供
更多有价值的数据。
THANKS
感谢观看
导线
用于连接测试设备和样品，需选用低 阻抗导线。
实验环境与条件
01
02
03
实验室环境
保持实验室温度、湿度和 清洁度等环境因素稳定， 以保证测量结果的准确性。
电源条件
确保电源电压稳定，避免 电压波动对测量结果的影 响。
安全措施
实验操作过程中需注意安 全，遵守实验室安全规定， 确保实验人员和设备的安 全。
07
结论与展望
研究结论
1 2
电阻率测量精ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ高
四探针方法通过四个探针同时接触样品，能够有 效地减小接触电阻和测量误差，从而获得更高的 电阻率测量精度。
适用范围广
四探针方法适用于各种不同类型和规格的样品， 如金属、半导体、陶瓷等，具有较广的适用范围。
3
操作简便
四探针方法不需要对样品进行特殊处理或制备， 只需将探针放置在样品上即可进行测量，操作简 便易行。
随着科技的发展，四探针方法的应用领域不断拓展，不仅局限于半导体和金属材料检测。
在新能源领域，如太阳能电池和燃料电池的生产过程中，四探针方法可用于检测材料的电阻 率，提高电池性能和稳定性。
在环境监测领域，四探针方法可应用于土壤电阻率的测量，为土壤污染治理和土地资源管理 提供依据。此外，在地质勘探、生物医学和食品检测等领域，四探针方法也展现出广阔的应 用前景。
的测量。
四探针的优点与局限性
优点
四探针法具有较高的测量精度和稳定 性，适用于各种形状和尺寸的样品， 且操作简便、快速。
局限性
四探针法需要与被测材料直接接触， 可能会对材料表面造成损伤或污染； 同时对于导电性较差或不均匀的材料 ，测量结果可能存在误差。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
☆ 掌握四探针法测量电阻率和薄层电阻的原理及测量方法，针对不同几何
尺寸的样品，掌握其修正方法; ☆了解影响电阻率测量的各种因素及改进措施; ☆了解热探针法判断半导体材料的导电类型以及用阳极氧化剥层法求扩散层 中的杂质浓度分布。
Xidian University
School of Microelectronics
此可得出样品的电阻率为：
2V23 1 1 1 1 )1 ( r12 r24 r13 r34 I
上式就是利用直流四探针法测量电阻率的普遍公式。 我们只需测出流过1、 4 探针的电流I以及2、3 探针间的电位差V23，代入四根探针的间距， 就可以求
出该样品的电阻率ρ。
实际测量中， 最常用的是直线型四探针， 即四根探针的针尖位于同一直线 上，并且间距相等， 设r12=r23=r34=S，则有：
2
Xidian University
I 1 1 ( ) 2 r12 r24
3
I 1 1 ( ) 2 r13 r34
School of Microelectronics
实验原理
2、3探针的电位差为：
V23 2 3
I 1 1 1 1 ( ) 2 r12 r24 r13 r34
出当r12=r23=r34=S时，极薄样品的电阻率为：
上式说明，对于极薄样品，在等间距探针情况下、探针间距和测量结果无关， 电阻率和被测样品的厚度d成正比。
Xidian University School of Microelectronics
实验原理
极薄样品，等间距探针情况 说明：样品为片状单晶，四探针针尖所连成的直线与样品一个边界垂直， 探针与该边界的最近距离为L，除样品厚度及该边界外，其余周界为无穷远，样
间距S，而横向尺寸无限大的样品，则薄层电阻率为：
极薄样品，等间距探针情况
Xidian University
School of Microelectronics
实验原理
说明：样品为片状单晶，除样品厚度外，样品尺寸相对探针间距为无穷大，四
探针垂直于样品表面测试，或垂直于样品侧面测试 。
实际工作中，我们直接测量扩散层的薄层电阻，又称方块电阻，其定义就是 表面为正方形的半导体薄层，在电流方向所呈现的电阻，见下图。 所以 ：
Xidian University
School of Microelectronics
实验原理
直线型四探针 需要指出的是： 这一公式是在半无限大样品的基础上导出的，实用中必需 满足样品厚度及边缘与探针之间的最近距离大于四倍探针间距， 这样才能使该 式具有足够的精确度。
如果被测样品不是半无穷大，而是厚度，横向尺寸一定，进一步的分析表
因此有:
Xidian University
School of Microelectronics
实验原理
实际的扩散片尺寸一般不很大，并且实际的扩散片又有单面扩散与双面扩散之
分， 因此，需要进行修正，修正后的公式为：
不很大样品修正情况
Xidian University
School of Microelectronics
Xidian University
School of Microelectro电阻率
在半无穷大样品上的点电流源， 若样品的电阻率ρ均匀， 引入点电流源的 探针其电流强度为I，则所产生的电力线具有球面的对称性， 即等位面为一系列 以点电流为中心的半球面，如图所示。在以ｒ为半径的半球面上，电流密度ｊ的 分布是均匀的：
r
2
dr r2
r
Xidian University
School of Microelectronics
实验原理
上式就是半无穷大均匀样品上离开点电流源距离为ｒ的点的电位与探针流过的电
流和样品电阻率的关系式，它代表了一个点电流源对距离ｒ处的点的电势的贡献。
任意位置的四探针 对上图所示的情形，四根探针位于样品中央，电流从探针1流入，从探针4 流出， 则可将1和4探针认为是点电流源，由(2-6)式可知，2和3探针的电位为：
实验原理
☆电阻率的测量是半导体材料常规参数测量项目之一。
☆测量电阻率的方法很多，如三探针法、电容---电压法、扩展电阻法等 ☆四探针法则是一种广泛采用的标准方法，在半导体工艺中最为常用，其主 要优点在于设备简单，操作方便，精确度高，对样品的几何尺寸无严格要求。 ☆四探针法除了用来测量半导体材料的电阻率以外，在半导体器件生产中广 泛使用四探针法来测量扩散层薄层电阻，以判断扩散层质量是否符合设计要求。 因此，薄层电阻是工艺中最常需要检测的工艺参数之一。
实验原理
本实验的测试装置主要由四探针头， 可调的直流恒流源， 电位差计和检流
明，在四探针法中只要对公式引入适当的修正系数BO即可，此时：
Xidian University
School of Microelectronics
实验原理
样品为片状单晶，四探针针尖所连成的直线与样品一个边界平行，距离为
L， 除样品厚度及该边界外，其余周界均为无穷远，样品周围为绝缘介质包围。
另一种情况是极薄样品，极薄样品是指样品厚度d比探针间距小很多，而横 向尺寸为无穷大的样品，这时从探针1流入和从探针4流出的电流，其等位面近似 为圆柱面高为d。 任一等位面的半径设为ｒ，类似于上面对半无穷大样品的推导，很容易得
若E为ｒ处的电场强度， 则：
Xidian University
School of Microelectronics
实验原理
由电场强度和电位梯度以及球面对称关系， 则
d dr I dr 2r 2
E
d Edr
取ｒ为无穷远处的电位为零， 则
(r )
0
d Edr
品周围为绝缘介质包围。同样需要注意的是当片状样品不满足极薄样品的条件
时，仍需按上式计算电阻率P。
Xidian University
School of Microelectronics
实验原理
☆扩散层的薄层电阻 半导体工艺中普遍采用四探针法测量扩散层的薄层电阻，由于反向PN 结的隔
离作用，扩散层下的衬底可视为绝缘层，对于扩散层厚度(即结深Xj)远小于探针