2四探针法测量材料电阻率和电导率

电学实验一：四探针法测量材料电阻率和电导率

[实验用途]：运用四探针原理测量 1. 单晶的体电阻率

2. 异质外延薄层电阻（方块电阻）

3. 金属薄层电阻（方块电阻）

[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]：

单晶硅体电阻率的测量测试原理：直流四探针法测试原理简介如下： 1 2 3 4

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I

V

C

＝ρ ）（cm ⋅Ω （1） 式中C 为探针系数，由探针几何位置、样品厚度和尺寸决定，通常表示为

()()W F Fsp W D F S W F C T ⋅⋅⋅⋅=

δπ

,,2

ln （2）

式中：()S W F 、()δ,,W D F 、Fsp 和T F 分别为厚度修正系数、线度修正系数、探针间距修正系数和温度修正系数，W ：片厚，D ：片径，S ：探针间距，δ：测点与片心距离。

[实验装置]：

使用 D41-11D/ZM 型微控四探针测试仪

1、电气部分：测量时通过DC-DC 变换器将直流电转换成高频电流，由恒流源电路产生的高稳定恒定直流电流其量程为0.01mA 、0.1mA 、1mA 、10 mA 、100 mA ；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。再由高灵敏，高输入阻抗的直流放大器中将直流信号放大（放大量程有0.76

3、7.63、76.3）。放大倍数可自动也可人工选择，放大结果通过A/D 转换送入计算机显示出来。D41-11D/ZM 型微控四探针测试仪框图如下所示。

图2 四探针测试仪电气部分原理方框

2。测试架

测试架由探头及压力传动机构、样品台构成，见图3所示，探头采用精密加工，内有弹簧加力装置，测试需要对基片厚度进行测量，以便对探头升降高度进行限制。

图3 测试架结构图

[实验内容]：

一、测试准备：将220V电源插入电源插座，开机后等十分钟在进行测量。

1.利用标样学习测试参数确定：进入系统，打开主界面。

●选择参数：测试项目（电阻率ρ）；测试档（自动测量）；测量方式（经

典法）；校准（自动校准）；样品类型（N）；

●输入参数：片厚（633.8μm）；温度（利用温度计测量环境温度℃）；

产品型号（1）；工位（1）；批号（1）；工序（1）；

●点击测试测量，记录测试结果。

注意:显示的测试结果要乘以温度系数，得到最后结果。

2.与标准样品参数比较

按照已知条件标准样品在环境温度23℃时，电阻率为：0.924Ω*cm（中

心点），与测量结果对比，说明产生差别的原因。

二、样品测量：将待测样品放在探针下部，按上面选择测量参量，输入被测样品的

厚度、类型及环境温度，点击测试测量键，开始测量，记录测试结果。

注：测量过程中不要移动探针和样品。

点击探针上升键，移动样品更换不同位置，点击探针下降键，重复测量3次，将三次测量得的电阻率值取平均，即为样品的平均电阻率值。将结果记录在表格。

指导教师签字：

三、实验报告

实验报告统一使用深圳大学学生实验报告格式，手写完成（不得使用铅笔或红笔）。要求实验报告完整、书写规范，计算出测试试样的电阻率及电导率应注意有效数字和单位，原始数据要有指导教师签名，并粘贴在实验报告中相应位置。具体内容如下：

1.实验目的和要求

2.实验步骤

3.实验数据分析处理

4.实验结论