对扩散后方块电阻、表面浓度和结深的影响,采用四探针测
实验三四探针法测试硅片的电阻率
实验三四探针法测试硅片的电阻率实验三四探针法测试硅片的电阻率一、实验目的1．理解非平衡载流子的注入与复合过程；2．了解非平衡载流子寿命的测量方法；2．学会光电导衰退测量少子寿命的实验方法。
二、实验原理1．方块电阻对任意一块均匀的薄层半导体，厚W，宽h，长L。
图1 薄层半导体示意图如果电流沿着垂直于宽和厚的方向，则电阻为，当时，表面成方块，它的电阻称为方块电阻，记为，单位为（1）式中的方块电阻与电阻层厚度h和电阻率有关，但与方块大小无关，这样得到（2）对于一扩散层，结深为，宽h，长L，则。
定义L＝h时，为扩散层的方块电阻，(3)这里的、均为平均电阻率和平均电导率。
若原衬底的杂质浓度为，扩散层杂质浓度分布为，则有效杂质浓度分布为。
在处，。
又假定杂质全部电离，则载流子浓度也是。
则扩散层的电导率分布为，对结深的方向进行积分求平均，可得到。
（4）若为常数，由（3）式，有。
其中表示扩散层的有效杂质总量。
当衬底的原有杂质浓度很低时，有，则（单位面积的扩散杂志总量）因此有。
2．四探针法测扩散层的方块电阻将四根排成一条直线的探针以一定的压力垂直地压在被测样品表面上，在1、4探针间通过电流I（mA），2、3探针间就产生一定的电压V(mV)。
（如图）图2 直线四探针法测试原理图材料电阻率(?.cm) (5)式中C为探针修正系数，由探针的间距决定。
当试样电阻率分布均匀，试样尺寸满足半无穷大条件时C=(cm) (6)式中：S1，S2，S3 分别为探针对1与2，2与3，3与4之间的距离，探头系数由制造厂对探针间距进行测定后确定，并提供给用户。
每个探头都有自已的系数。
C≈6.28±0.05,单位为cm （7）（a）块状或棒状样品体电阻率测量：由於块状或棒状样品外形尺寸远大於探针间距，符合半无穷大的边界条件，电阻率值可直接由（5）式求出。
（b）薄片电阻率测量：薄片样品因为其厚度与探针间距相近，不符合半远穷大边界条件，测量时要附加样品的厚度，形状和测量位置的修正系数。
四探针方块电阻原理
四探针方块电阻原理
四探针方块电阻原理是一种非常重要的表征材料电学性能的方法，广泛应用于物理、化学、材料等领域。
通过四探针原理，我们可以得到材料的电阻、导电性、膜的厚度等信息。
以下是对四探针方块电阻原理的详细介绍。
第一步，介绍仪器结构和工作原理：四探针仪器由四个平行排列的针头组成，针头间距相等且间隙很小。
除了外侧两个针头用于加电流和读取电压外，内侧的两个针头用于读取电压。
通过一个外部电源和一个电压检测仪器，可以将直流电流引入两个外侧针头中，并且每两个内侧针头之间的电势差可以测量。
第二步，讲解材料的准备。
研究材料必须是块状的，并且贴在平坦且一面打磨平整的表面上。
第三步，说明实验中的操作步骤。
首先，需将四探针放在材料上，四针头与材料表面垂直并紧密贴合。
接下来，通过电源引入设定好的直流电流，然后测量四个针头间的电势差。
电压计算公式为：V=IR。
其中，V是电压，I是电流，R是电阻。
第四步，分析结果。
通过测量四个针头间的电势差，可以计算出板材的电阻，导电性等信息。
其中，电阻随着材料的组成成分和结构变化而变化，因此可以测量不同条件下材料的电阻变化，进而研究材料结构和性能的关系。
总体来讲，四探针方块电阻原理在材料研究中起着重要作用。
通过这种方法，我们可以快速而准确地测量材料的电学性质，并进一步研究
不同条件下的材料差异，为物理、化学，材料等领域的研究提供更加准确、全面的数据。
扩散工艺
扩散工艺培训一、扩散目的在P型衬底上扩散N型杂质形成PN结。
达到合适的掺杂浓度ρ/方块电阻R□。
即获得适合太阳能电池PN结需要的结深和扩散层方块电阻。
R□的定义：一个均匀导体的立方体电阻 ,长L，宽W，厚dR= ρ L / d W =(ρ/d) (L/W)此薄层的电阻与（L / W）成正比，比例系数为（ρ /d）。
这个比例系数叫做方块电阻，用R□表示：R□ = ρ / dR = R□（L / W）L= W时R= R□，这时R□表示一个正方形薄层的电阻，与正方形边长大小无关。
单位Ω/□，方块电阻也称为薄层电阻Rs在太阳电池扩散工艺中，扩散层薄层电阻是反映扩散层质量是否符合设计要求的重要工艺指标之一。
制造一个PN结并不是把两块不同类型（P型和N型）的半导体接触在一起就能形成的。
必须使一块完整的半导体晶体的一部分是P型区域，另一部分是N型区域。
也就是晶体内部形成P型和N型半导体接触。
目前绝大部分的电池片的基本成分是硅，在拉棒铸锭时均匀的掺入了B(硼)，B原子最外层有三个电子，掺B的硅含有大量空穴，所以太阳能电池基片中的多数载流子是空穴，少数载流子是电子，是P型半导体.在扩散时扩入大量的P(磷)，P原子最外层有五个电子，掺入大量P的基片由P型半导体变为N型导电体，多数载流子为电子,少数载流子为空穴。
在P型区域和N型区域的交接区域，多数载流子相互吸引，漂移中和，最终在交接区域形成一个空间电荷区，内建电场区。
在内建电场区电场方向是由N区指向P区。
当入射光照射到电池片时，能量大于硅禁带宽度的光子穿过减反射膜进入硅中，在N区、耗尽区、P区激发出光生电子空穴对。
光生电子空穴对在耗尽区中产生后，立即被内建电场分离，光生电子被进入N区，光生空穴则被推进P区。
光生电子空穴对在N区产生以后,光生空穴便向PN结边界扩散，一旦到达PN结边界，便立即受到内建电场作用，被电场力牵引做漂移运动,越过耗尽区进入P区，光生电子(多子)则被留在N区。
四探针法测电阻率共14页
实验四探针法测电阻率1．实验目的：学习用四探针法测量半导体材料的体电阻率和扩散薄层的电阻率及方块电阻。
2．实验内容①硅单晶片电阻率的测量：选不同电阻率及不同厚度的大单晶圆片，改变条件（光照与否），对测量结果进行比较。
②薄层电阻率的测量：对不同尺寸的单面扩散片和双面扩散片的薄层电阻率进行测量。
改变条件进行测量（与①相同），对结果进行比较。
3．实验原理：在半导体器件的研制和生产过程中常常要对半导体单晶材料的原始电阻率和经过扩散、外延等工艺处理后的薄层电阻进行测量。
测量电阻率的方法很多，有两探针法，四探针法，单探针扩展电阻法，范德堡法等，我们这里介绍的是四探针法。
因为这种方法简便可行，适于批量生产，所以目前得到了广泛应用。
所谓四探针法，就是用针间距约1毫米的四根金属探针同时压在被测样品的平整表面上如图1a所示。
利用恒流源给1、4两个探针通以小电流，然后在2、3两个探针上用高输入阻抗的静电计、电位差计、电子毫伏计或数字电压表测量电压，最后根据理论公式计算出样品的电阻率［１］式中，C为四探针的修正系数，单位为厘米，C的大小取决于四探针的排列方法和针距，探针的位置和间距确定以后，探针系数C 就是一个常数；V 23为2、3两探针之间的电压，单位为伏特；I 为通过样品的电流，单位为安培。
半导体材料的体电阻率和薄层电阻率的测量结果往往与式样的形状和尺寸密切相关，下面我们分两种情况来进行讨论。
⑴ 半无限大样品情形图1给出了四探针法测半无穷大样品电阻率的原理图，图中(a)为四探针测量电阻率的装置；(b)为半无穷大样品上探针电流的分布及等势面图形；(c)和(d)分别为正方形排列及直线排列的四探针图形。
因为四探针对半导体表面的接触均为点接触，所以，对图１（b ）所示的半无穷大样品，电流I 是以探针尖为圆心呈径向放射状流入体内的。
因而电流在体内所形成的等位面为图中虚线所示的半球面。
于是，样品电阻率为ρ，半径为r ，间距为dr 的两个半球等位面间的电阻为 它们之间的电位差为 dr r IIdR dV 22πρ==。
四探针法测量半导体电阻率及薄层电阻
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 2-1 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：
j= I 2πr 2
（2-1）
若 E 为ｒ处的电场强度， 则
E = jρ = Iρ 2πr2
2
r12
1 r13
3
r34
4
r24
ss s
12
3
4
图 2-2 任意位置的四探针
图 2-3 直线型四探针
ρ = V23 2πS I
（2-9）
2-9 式就是常见的直流四探针 (等间距) 测量电阻率的公式， 也是本实验要用的测量公式之 一。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。
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，仍需按式(2.10)计算电阻
率P。其修正系数Bo列在表 2.3 中。
2. 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)远小于探针间距 S，而横
向尺寸无限大的样品，则薄层电阻率为：
s d
d 2d
ρ = 2π s × V
B0
I
s d
B0
s d
0.1
1.0009
0.6
B0
s d
1.1512
1.2
B0 1.7329
0.2
四探针测试电阻率和方块电阻的实验教案
《四探针测试电阻率和方块电阻》的实验教案一、实验教学目的通过该实验，通过让学生测试不同样品的电阻率和方块电阻。
增强学生的实际动手能力，加深对电阻率和方块电阻的认识，为将来从事微电子相关的研究和测试方面的工作打好基础。
二、实验教学原理及要求1、实验教学原理电阻率是决定半导体材料电学特性的重要参数，它为自由载流子浓度和迁移率的函数。
半导体材料电阻率的测量方法有多种，其中四探针法具有设备简单、操作方便、测量精度高，以及对样品的形状无严格的要求等优点，是目前检测半导体材料电阻率的主要方法。
直线型四探针法是用针距为s （通常情况s=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所示，其中最外部二根（图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 。
图1测量方阻的四探针法原理对半无穷大均匀电阻率的样品，若样品的电阻率为ρ，点电流源的电流为I ，则当电流由探针流入样品时，在r 处形成的电势()r V 为()2r I V rρπ= ………………………(1) 同理，当电流由探针流出样品时，在r 处形成的电势()r V 为()2r I V rρπ=-………………………(2) 可以看到，探针2处的电势2V 是处于探针点电流源+I 和处于探针4处的点电流源-I 贡献之和，因此：211()22I V s sρπ=- ………………… (3) 同理，探针3处的电势3V 为311()22I V s sρπ=-…………………… (4) 探针2和3之间的电势差23V 为23232I V V V sρπ=-=……………….. (5) 由此可得出样品的电阻率为 232V s Iρπ=………………………. (6) 从式（1）至式（6），对等距直线排列的四探针法，已知相连探针间距s ，测出流过探针1和探针4的电流强度I 、探针2和探针3之间的电势差23V ，就能求出半导体样品的电阻率ρ。
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。
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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。
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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
四探针法测量方块电阻(率)说明书
SDY-5型双电测四探针测试仪技术说明书一、概述二、技术指标三、测量原理四、仪器结构说明五、使用方法六、注意事项七、打印机操作方法一、概述SDY-5型双电测四探针测试仪采用了四探针双位组合测量新技术，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、电压探针的变换，进行两次电测量，能自动消除样品几何尺寸、边界效应以及探针不等距和机械游移等因素对测量结果的影响。
因而不必知道探针间距，样品尺寸及探针在样品表面上的位置。
由于每次测量都是对几何因素的影响进行动态的自动修正，因此显著降低了几何因素影响，从而提高了测量准确度。
用目前大量使用的常规四探针测量方法所生产的仪器是根本办不到的。
使用本仪器测量时，由于不需要进行几何边界条件和探针间距的修正，因而对各种形状的薄膜材料及片状材料有广泛的适用性。
仪器适用于测量片状半导体材料电阻率及硅扩散层、离子注入层、异型外延层等半导体器件和液晶片导电膜、电热膜等薄层（膜）的方块电阻。
仪器以大规模集成电路为核心部件，并应用了微计算机技术。
利用HQ-710F型微计算机作为专用测量控制及数据处理器，使得测量、计算、读数更加直观、快速，并能打印全部预置和测量数据。
二、技术指标1.测量范围：硅片电阻率：0.01—200Ω.cm (可扩展)薄层电阻：0.01—2000Ω/口(可扩展)(方块电阻)可测晶片直径：最大直径100 mm(配J-2型手动测试架)200 mm(配J-5型手动测试架)可测晶片厚度：≤ 3.00 mm2.恒流电源:电流量程分为100μm、1mA、10mA、100mA四档。
各档电流连续可调。
稳定度优于0.1% 3.数字电压表:量程：0-199.99mV；分辨率：0.01 mV显示：四位半红色发光管数字显示.极性、小数点、超量程自动显示。
精度：±0.1%4.模拟电路测试误差:(用1、10、100、1000Ω精密电阻)≤±0.3%±1字5. 整机准确度:(用0.01—200Ω.cm 硅标样片测试)<5%6. 微计算机功能:(1)键盘控制测量取数,自动控制电流换向和电流、电压探针的变换，并进行正、反向电流下的测量，显示出平均值。
对扩散后方块电阻、表面浓度和结深的影响,采用四探针测
对扩散后方块电阻、表面浓度和结深的影响,采用四探针测摘要：本文研究了单晶硅片不同的基体电阻率，对扩散后方块电阻、表面浓度和结深的影响，采用四探针测试法测定了发射极的方块电阻，结果显示基体电阻率越高，扩散后的方阻越高，采用电化学电压电容（ECV）测量方法测量了发射极表面浓度与结深的变化， ECV测量的结果表明了电阻率高的硅片扩散后表面浓度低、结深越小，是扩散后方阻高的原因，这些结果对太阳能电池生产的扩散工艺有一定的指导意义。
引言：目前，在国际环境和能源问题日趋严重的大背景下，新型无污染的新能源得到的快速的发展，而太阳能电池能够将太阳能直接转化成电能得到了大力的发展，到目前为止，晶体硅太阳能电池仍占据着整个太阳能电池的主要市场[1-3]。
然而到目前为止使用太阳能电池的成本依然较高，虽然成本每年都在降低。
降低太阳能电池发电的生产成本和提高其转换效率一直是研究的热点[4]。
扩散形成p-n结实太阳能生产中的重要的环节，p-n结是整个太阳能电池的心脏部分，通过改变扩散生产工艺，来提高太阳能电池性能的研究有很多。
李等通过改变扩散的时间和温度来改变多晶硅扩散的电阻在发现，当方阻小于70Ω/sq的时候，电池效率随着方阻的增加而增加，当大于70Ω/sq的时候随着方阻的增加而减小[ 5 ]。
Betezen等从实验中得出，降低温度和延长扩散时间有利于硅片的吸杂作用[6]。
豆等通过改变多晶硅中气体流量的大小与RIE制绒工艺进行匹配，在方阻为80Ω/sq的情况下得到了转换效率为17 . 5%的太阳能电池，比相应的酸制绒效率提高了0.5%[7]。
在一些重参杂的研究中发现，重参杂会增加发射极载流子的复合速率[8-9]。
上述的研究表明了扩散方阻对电池最终的转换效率有重要的影响，这些结果对生产中扩散工艺都具有重要的知道意义。
然而，上述的研究，都是通过改变扩散的时间或者源流量的大小来改变扩散后方阻的大小。
到目前为止，对不同电阻率硅片扩散后方阻的研究还比较少。
（完整版）四探针法测方块电阻的原理
（完整版）四探针法测方块电阻的原理
四探针法测方块电阻的原理
四探针法是一种简便的测量电阻率的方法。
对于一般的线性材料，我们常常用电阻来表征某一段传输电流的能力，其满足以下关系式：s l
R (式3-1)
其中ρ、l 和s 分别表示材料本身的电阻率、长度和横截面积。
对于某种材料ρ
满足关系式：
1)(h h n e q n q n (式3-2)
n e 、n h 、u n 、u h 和q 分别为电子浓度、空穴浓度、电子迁移率、空穴迁移率和基本电荷量。
对于具有一定导电性能的薄膜材料，
其沿着平面方向的电荷传输性能一般用方块电阻来表示，对于边长为
l 、厚度为x j 方形薄膜，其方块电阻可表示为：R j j x lx l s l
(式3-3)
即方块电阻与电阻率ρ成正比，与膜层厚度j x 成反比，而与正方形边长l 无关。
方块电阻一般采用双电测电四探针来测量，测量装置如图
3-4所示。
四根由钨丝制成的探针等间距地排成直线，彼此相距为s (一般为几个mm)。
测量时将针尖压在薄膜样品的表面上，外面两根探针通电流I(一般选取0.5~2mA)，里面的两探针用来测量电压V ，通常利用电位差计测量。
图3-4 双电测电四探针测量薄膜方块电阻结构简图
当被测样品的长度和宽度远远大于探针间距，薄膜方块电阻具体表达式为：
R □I V
c (式3-4)
即薄膜的方块电阻和外侧探针通电流后在内探针处产生的电位差大小有关。
如果样品的线度相对探针间距大不多时，上式中的系数c 必须加以适当的修正，修正值与被测样品的形状和大小有关。
C=4.53。
方块电阻测量
RS
进而得到
l lX j X j
(1.11)
RS
Xj
4.5324
V23 I
(1.12)
图 1.4 极薄样品电阻率的测试
薄层电阻(Rs)可以理解在硅片上正方形薄膜两端之间的电阻。 它与薄膜的电阻率和厚度有 关。方块电阻与正方形薄层尺寸无关。测量方块电阻时，相同厚度等距离的两点会得到相同 的电阻。基于这一原因，Rs 的单位为欧姆/□(Ω/□)，纲量单位与欧姆相同，但实际上 Rs 隐 含的意义是薄膜的方块电阻。同样，如果已知厚度和薄层电阻，则薄层电阻率 ρ 可按如下公 式计算
4
表 1 方块电阻测量时电流量程选择表（推荐） 方块电阻（Ω / □） 电流量程（mA ） <2.5 100 2.0 ～25 10 20～250 1 》200 0.1 表 2 电阻率测量时电流量程选择表（推荐） 电阻率 （Ω .cm） 电流量程（mA ） <0.06 100 0.03 ～0.6 10 0.3 ～60 1 》30 0.1 表 3 测试电流显示值与实际电流值的关系 电流显示值 电流量程（mA ） □ABCD 100 □ABCD 10 □ABCD 1 □ABCD 0.1
四探针法在半导体工艺中还普遍用来测量扩散层的薄层电阻由于pn反向结的隔离作用扩散层下的衬底可视为绝缘层若样品扩散层厚度这小于探针间距s横向尺寸无限大则薄层电阻又称为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图14单位为
实验 1. 四探针测试半导体电阻率及薄层电阻 简介
电阻率是半导体材料的重要电学参数之一,硅单晶的电阻率与半导体器件的性能有着十 分密切的关系。因此,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,如二探针法、扩展电阻法等。而四探针法则是目前检测半导体电 阻率的一种广泛采用的标准方法。它具有设备简单、操作方便、精度较高、对样品的几何形 状无严格要求等优点。
方块电阻
一、基本概念方阻就是方块电阻，又称面电阻，指一个正方形的薄膜导电材料边到边“之”间的电阻，如图一所示，即B边到C边的电阻值。
方块电阻有一个特性，即任意大小的正方形边到边的电阻都是一样的，不管边长是1米还是0.1米，它们的方阻都是一样，这样方阻仅与导电膜的厚度等因素有关。
方块电阻的计算公式：Rs=ρ/t (其中ρ为块材的电阻率,t为块材厚度）二、利用方阻监控扩散方块电阻是一个二级概念，真正的核心是扩散深度。
一般扩散深度会影响电性能参数，因为扩散深度无法测量，所以只能通过测电阻来大概反映扩散深度和扩散浓度。
他是一个深度和浓度，以及体材料多重作用的结果，至于其和电性能参数各值之间的线性关系，目前没有什么特定方程式，都是通过经验来控制在一定的方位，做到30-50的都有。
方阻一般只是在扩散后进行监控，监控方阻就是为了监控扩散的稳定性。
测试方阻跟最后的烧结工序的影响也是很重要的，因为结的深度也会影响你最后烧结的深度，否则有可能出现Rs的异常。
所以方阻也是烧结条件的重要指标。
一般结深则电阻小，掺杂浓度高。
电阻小了，掺杂量就高了，表面死层就会多，这样会牺牲很多电流；电阻大了，电流的收集就会比较困难；方阻要做高，是需要其他相关条件保障的，假如其他条件不满足，效率反而会降低。
一般扩散温度越高，时间越长，流量越大，方阻就越小，结就越深。
除了扩散之外，生产中的其它工序对方阻也会产生影响。
一般如果是稳定生产，方阻也是稳定的。
后道生产中，假如出现大量问题片，看症状跟方阻有可能相关的，就可以去反查工序中是否出现了问题，即使电池也是可以测试的。
但是这个只能相对参考，一般公司都会规定方阻多少到多少之间的片子可以进入流程，另外的就要返工，但是因为是抽检，谁又能保障进入流程的都是好的呢，甚至员工有可能会偷懒，好的片子坏的片子都流入流程。
三、方阻的测量1、铜棒测方阻2、四探针法测方阻。
对扩散后方块电阻、表面浓度和结深的影响,采用四探针测
对扩散后⽅块电阻、表⾯浓度和结深的影响,采⽤四探针测对扩散后⽅块电阻、表⾯浓度和结深的影响,采⽤四探针测摘要：本⽂研究了单晶硅⽚不同的基体电阻率，对扩散后⽅块电阻、表⾯浓度和结深的影响，采⽤四探针测试法测定了发射极的⽅块电阻，结果显⽰基体电阻率越⾼，扩散后的⽅阻越⾼，采⽤电化学电压电容（ECV）测量⽅法测量了发射极表⾯浓度与结深的变化， ECV测量的结果表明了电阻率⾼的硅⽚扩散后表⾯浓度低、结深越⼩，是扩散后⽅阻⾼的原因，这些结果对太阳能电池⽣产的扩散⼯艺有⼀定的指导意义。
引⾔：⽬前，在国际环境和能源问题⽇趋严重的⼤背景下，新型⽆污染的新能源得到的快速的发展，⽽太阳能电池能够将太阳能直接转化成电能得到了⼤⼒的发展，到⽬前为⽌，晶体硅太阳能电池仍占据着整个太阳能电池的主要市场[1-3]。
然⽽到⽬前为⽌使⽤太阳能电池的成本依然较⾼，虽然成本每年都在降低。
降低太阳能电池发电的⽣产成本和提⾼其转换效率⼀直是研究的热点[4]。
扩散形成p-n结实太阳能⽣产中的重要的环节，p-n结是整个太阳能电池的⼼脏部分，通过改变扩散⽣产⼯艺，来提⾼太阳能电池性能的研究有很多。
李等通过改变扩散的时间和温度来改变多晶硅扩散的电阻在发现，当⽅阻⼩于70Ω/sq的时候，电池效率随着⽅阻的增加⽽增加，当⼤于70Ω/sq的时候随着⽅阻的增加⽽减⼩[ 5 ]。
Betezen等从实验中得出，降低温度和延长扩散时间有利于硅⽚的吸杂作⽤[6]。
⾖等通过改变多晶硅中⽓体流量的⼤⼩与RIE 制绒⼯艺进⾏匹配，在⽅阻为80Ω/sq的情况下得到了转换效率为17 . 5%的太阳能电池，⽐相应的酸制绒效率提⾼了0.5%[7]。
在⼀些重参杂的研究中发现，重参杂会增加发射极载流⼦的复合速率[8-9]。
上述的研究表明了扩散⽅阻对电池最终的转换效率有重要的影响，这些结果对⽣产中扩散⼯艺都具有重要的知道意义。
然⽽，上述的研究，都是通过改变扩散的时间或者源流量的⼤⼩来改变扩散后⽅阻的⼤⼩。
太阳能电池扩散工艺-Tempress工艺指导书
Tempress扩散工艺操作规程为更好地保证tempress扩散炉的生产正常进行，稳定生产工艺，提高扩散工序产品质量，进一步保证电池产品性能，特制定本作业指导书，以使操作人员的工艺操作有章可循，规范统一，同时，还为新员工的上岗培训提供教材参考。
一、工艺目的二、使用范围三、责任四、设备及工具五、材料与工艺气体六、工艺描述1、工艺原理2、工艺方案七、工艺准备1、工艺洁净准备2、设备准备八、工艺操作1、手工装片2、机械手装片3、工艺循环4.源瓶更换检查九、注意事项十、测试及检查十一、扩散工序不和格硅片产生原因及相应预防措施附1、四探针测试仪操作规程附2、WT-2000（少子寿命测试）操作规程扩散工序工艺操作规程一、工艺目的：在制绒后合格的P型硅片表面扩散一定量的磷（P）原子，从而在硅片表面形成结深为0.3-0.5µm的P－N结。
二、适用范围：适用于电池车间Tempress扩散炉。
三、责任本工艺作业指导书由工艺工程师负责制订、修改、解释。
四、设备及工具：Tenpress扩散炉、四探针测试仪、石英舟、防热手套、橡胶手套、口罩、少子寿命测试仪、R2D机械手。
五、材料与工艺气体：制绒后的多晶硅片，三氯氧磷，氮气（40psi），氧气（40psi），压缩空气（5kg/cm2），冷却水（0.4MPa），源温控制器温度20±0.2℃。
( psi为磅/平方英寸)。
六、工艺描述：1、工艺原理：三氯氧磷 (POCL3)在高温下（约860℃）与氧气（O2）反应生成五氧化二磷（P2O5），五氧化二磷（P2O5）进一步与硅 (Si)反应生成二氧化硅（SiO2）和磷。
磷原子(P)在高温下逐步向硅片内部扩散，在硅片表层形成一定的浓度梯度，最终形成一定结深的P-N结。
其反应方程为：4POCL3 +3O2 =2P2O5 +6CL22P2O5+5Si= 5SiO2+4P2、工艺方案：（1）、进舟：将硅片用桨送进扩散炉炉管内（2）、出桨：将硅片送到炉管内后桨退出炉管（3）、升温：将炉管温度升到设定温度（4）、稳定：将炉管温度稳定在一个稳定值（5）、氧化：在硅片表面生成一层二氧化硅，起到净化表面的作用（6）、淀积：在硅片表面淀积一定量的P原子（7）、推进：通过控制温度将淀积在硅片表面的P原子推进到硅片内部，形成预定深度的结深。
四探针法测电阻率实验原理要点
实验 四探针法测电阻率1．实验目的：学习用四探针法测量半导体材料的体电阻率和扩散薄层的电阻率及方块电阻。
2．实验内容① 硅单晶片电阻率的测量：选不同电阻率及不同厚度的大单晶圆片，改变条件（光照与否），对测量结果进行比较。
② 薄层电阻率的测量：对不同尺寸的单面扩散片和双面扩散片的薄层电阻率进行测量。
改变条件进行测量（与①相同），对结果进行比较。
3． 实验原理：在半导体器件的研制和生产过程中常常要对半导体单晶材料的原始电阻率和经过扩散、外延等工艺处理后的薄层电阻进行测量。
测量电阻率的方法很多，有两探针法，四探针法，单探针扩展电阻法，范德堡法等，我们这里介绍的是四探针法。
因为这种方法简便可行，适于批量生产，所以目前得到了广泛应用。
所谓四探针法，就是用针间距约1毫米的四根金属探针同时压在被测样品的平整表面上如图1a 所示。
利用恒流源给1、4两个探针通以小电流，然后在2、3两个探针上用高输入阻抗的静电计、电位差计、电子毫伏计或数字电压表测量电压，最后根据理论公式计算出样品的电阻率［１］IV C23=ρ 式中，C 为四探针的修正系数，单位为厘米，C 的大小取决于四探针的排列方法和针距，探针的位置和间距确定以后，探针系数C 就是一个常数；V 23为2、3两探针之间的电压，单位为伏特；I 为通过样品的电流，单位为安培。
半导体材料的体电阻率和薄层电阻率的测量结果往往与式样的形状和尺寸密切相关，下面我们分两种情况来进行讨论。
⑴ 半无限大样品情形图1给出了四探针法测半无穷大样品电阻率的原理图，图中(a)为四探针测量电阻率的装置；(b)为半无穷大样品上探针电流的分布及等势面图形；(c)和(d)分别为正方形排列及直线排列的四探针图形。
因为四探针对半导体表面的接触均为点接触，所以，对图１（b ）所示的半无穷大样品，电流I 是以探针尖为圆心呈径向放射状流入体内的。
因而电流在体内所形成的等位面为图中虚线所示的半球面。
于是，样品电阻率为ρ，半径为r ，间距为dr 的两个半球等位面间的电阻为dr r dR 22πρ=， 它们之间的电位差为 dr rIIdR dV 22πρ==。
四探针法测扩散薄层的方块电阻
《半导体物理学》四探针法扩散薄层方块电阻的测量实验报告通信工程学院微电子121班小组成员姓名：学号：付天飞2012102027刘静帆2012102025杨壮2012102028陈治州20121020242014年10月22日四探针法扩散薄层方块电阻的测量一 前言在结型半导体器件的生产中，大多使用扩散法来制备p —n 结。
扩散层中杂质分布的状况及p —n 结的深度对器件的特性有明显的影响。
用四探针法测量扩散层的方块电阻，可以求得扩散层单位面积的杂质总量，如果结合结深的测量，还可以估算出表面杂质浓度，因此，在晶体管及集成电路的生产中，几乎每次扩散以后都要测量方块电阻，以检验该次扩散是否达到预期的要求。
二 测量原理1．方块电阻的定义如图4-3所示方形薄片，长、宽、厚分别用L 、W 、d 表示，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4.-3 方块电阻的定义（1）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Rs 为：w d L A L Rs ⋅⋅=⋅=ρρ w L R w L d · =⋅=ρ当L=W ，即薄片为正方形时，Rs =R ，R =ρ/d 为方块电阻，L/W为方块数，简称方数，它与正方形边长大小无关。
（2）杂质非均匀分布的样品实际扩散层中杂质分布不均匀，杂质分布与扩散方式有关，主要有以下两种扩散方式：① 恒定表面源扩散：在整个扩散过程中，与半导体表面接触的杂质浓度不变，对应预淀积情况。
杂质服从余误差分布，余误差函数的值可查函数表得到。
② 限定表面源扩散：整个扩散过程中，杂质源仅限于预扩散淀积在半导体表面上的无限薄层内的杂质总量Q ，没有其它外来的杂质进行补充，对应于主扩散情况。
其杂质服从高斯分布，实际的工艺过程比这两种理想分布要复杂一些。
这两种杂质分布示于图4-4。
图4-4(a) 恒定表面源扩散的杂质分布 图4-4(b) 限定表面源扩散的杂质分布对于杂质分布不均匀的样品，电导率σ为x 的函数，即 )()(x N q x μσ=⎰⎰==dxx N q dxx R j jx ox )(1)(10μσ⎰dx x N j x o )(为扩散层中单位面积的杂质总量。
四探针法测半导体方块电阻实验报告
四探针法测半导体方块电阻实验报告数字式四探针测试仪由主机、测试台、四探针探头、计算机等部分组成，测量数据既可由主机直接显示，亦可由计算机控制测试采集测试数据到计算机中加以分析，然后以表格，图形方式统计分析显示测试结果。
仪器采用了最新电子技术进行设计、装配。
具有功能选择直观、测量取数快、精度高、测量范围宽、稳定性好、结构紧凑、易操作等特点。
本仪器适用于半导体材料厂、半导体器件厂、科研单位、高等院校对半导体材料的电阻性能测试。
四探针软件测试系统是一个运行在计算机上拥有友好测试界面的用户程序，通过此测试程序辅助使用户简便地进行各项测试及获得测试数据并对测试数据进行统计分析。
测试程序控制四探针测试仪进行测量并采集测试数据，把采集到的数据在计算机中加以分析，然后把测试数据以表格，图形直观地记录、显示出来。
用户可对采集到的数据在电脑中保存或者打印以备日后参考和查看，还可以把采集到的数据输出到Excel中，让用户对数据进行各种数据分析。
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摘要：本文研究了单晶硅片不同的基体电阻率，对扩散后方块电阻、表面浓度和结深的影响，采用四探针测试法测定了发射极的方块电阻，结果显示基体电阻率越高，扩散后的方阻越高，采用电化学电压电容（ECV）测量方法测量了发射极表面浓度与结深的变化， ECV测量的结果表明了电阻率高的硅片扩散后表面浓度低、结深越小，是扩散后方阻高的原因，这些结果对太阳能电池生产的扩散工艺有一定的指导意义。
引言：目前，在国际环境和能源问题日趋严重的大背景下，新型无污染的新能源得到的快速的发展，而太阳能电池能够将太阳能直接转化成电能得到了大力的发展，到目前为止，晶体硅太阳能电池仍占据着整个太阳能电池的主要市场[1-3]。
然而到目前为止使用太阳能电池的成本依然较高，虽然成本每年都在降低。
降低太阳能电池发电的生产成本和提高其转换效率一直是研究的热点[4]。
扩散形成p-n结实太阳能生产中的重要的环节，p-n结是整个太阳能电池的心脏部分，通过改变扩散生产工艺，来提高太阳能电池性能的研究有很多。
李等通过改变扩散的时间和温度来改变多晶硅扩散的电阻在发现，当方阻小于70Ω/sq的时候，电池效率随着方阻的增加而增加，当大于70Ω/sq的时候随着方阻的增加而减小[ 5 ]。
Betezen等从实验中得出，降低温度和延长扩散时间有利于硅片的吸杂作用[6]。
豆等通过改变多晶硅中气体流量的大小与RIE制绒工艺进行匹配，在方阻为80Ω/sq的情况下得到了转换效率为17 . 5%的太阳能电池，比相应的酸制绒效率提高了0.5%[7]。
在一些重参杂的研究中发现，重参杂会增加发射极载流子的复合速率[8-9]。
上述的研究表明了扩散方阻对电池最终的转换效率有重要的影响，这些结果对生产中扩散工艺都具有重要的知道意义。
然而，上述的研究，都是通过改变扩散的时间或者源流量的大小来改变扩散后方阻的大小。
到目前为止，对不同电阻率硅片扩散后方阻的研究还比较少。
扩散层质量是个关键问题。
质量的要求，主要体现在扩散的深度（结深），扩散层的表面杂质浓度等方面。
结深是在硅片中掺入不同导电类型的杂质时，在距离硅片表面xj的地方，掺入的杂质浓度与硅片的本体杂质浓度相等，即在这一位置形成了pn结。
表面浓度（Nx）是做完扩散后在硅片表面的扩散层中的杂质含量，扩散结深用（Xj）表示。
电化学C-V是当前测量半导体载流子浓度分布的非常重要的方法。
在在硅半导体中ECV的应用也越来越广泛，逐渐成为光伏行业电池技术研究和发展的必要工具之一。
ECV测量是利用合适的电解液既可以作为肖特基接触的电极测量C-V特性，又可以进行电化学腐蚀，因此可以层层剥离测量电激活杂质的浓度分度，剖面深度不受反向击穿的限制，并可以测量pn结。
针对与此，该工作采用不同电阻率硅片进行实验，得到了扩散后不同扩散方阻的硅片，并对扩散硅片的表面浓度和结深进行了研究。
1、实验方法
实验采用本研究采用电阻率为2.15、3 . 1 4 、3 . 8 4 、4 . 4 7 Ω · c m 4 组1 5 6
×156mm单晶硅片，厚度为200μｍ。
每组取5片进行实验。
扩散采用七星华创设备来进行。
扩散工艺分别采用恒定源扩散和限定源扩散。
恒定源表面扩散是硅片表面杂质浓度始终不变，它与时间无关，只与扩散的杂质和扩散的温度有关。
硅片内部的杂质浓度则随时间增加而增加随距离增加而减少。
限定源表面扩散是在整个扩散过程中，硅片内的杂质总量保持不变，没有外来杂质补充，只依靠扩散前在硅片表面上已淀积的那一薄层内有限数量的杂质原子，向硅片体内扩散。
随着扩散时间的增长，表面杂质浓度不断下降，并不断地向内部推进扩散，这时表面杂质深度都发生了变化。
扩散后采用美国4D公司的四探针方块电阻测试设备(型号280SI)对方块电阻进行测量，使用德国半导体技术研究所研制的电化学电容电压分析设备(型号ECV CVP21)进行表面浓度和发射极结深的测量。
2、ECV测试原理
ECV利用电解液氟化铵形成势垒并对半导体加以正向偏压（p型）或反向偏压（n型并加以光照）进行表面腐蚀去除已经电解的材料，通过自动装置重复“腐蚀-测量”循环得到测量曲线，然后利用法拉第定律，对腐蚀电流进行积分就可以连续得到腐蚀深度。
尽管这种方法是破坏性的，但是理论上它的测量深度是无限的。
ECV测试分为2步：首先是测量电解液/半导体界面形成肖特基势垒的微分电容来得到载流子浓度，然后利用阳极电化学溶解反应，按照设定的速率去除测量处的样品。
设备测量示意如图1所示。
图1 ECV示意图
3、实验结果
图2是不同电阻率硅片扩散后方阻的分布图，图中可以看出，扩散后的方块电阻随电阻率升高逐渐增大，两者基本呈线性关系。
图2 不同电阻率硅片与扩散后方阻关系图
为了说明证硅片电阻率与扩散后方阻的关系，因此对不同电阻率硅片扩散后的表面浓度与结深的关系进行了测量，结果如图3所示。
取每条曲线的最高值为表面浓度，不同电阻率表面浓度的曲线图如图4所示。
从图3和图4中看以看出扩散后的表面浓度在1020-1021（1/cm3）间，并且从中可以明显的看出电阻率越高表面浓度越低。
取图3中1E+17atoms/cc浓度水平曲线的尾端为结深，可以看出电阻率越高，结深越小。
电阻率高的硅片扩散后的表面浓度和结深都低。
扩散的系数越小，结深越浅[10]，扩散的磷总浓度越低，相应的方块方阻越高。
因此，表面浓度和结深与基体电阻率呈反比关系。
图3 不同电阻率硅片的磷扩散曲线
图4 不同电阻率硅片与扩散表面浓度关系图
4、结论
采用四探针法和电化学电压电容（ECV）测量方法研究了不同电阻率单晶硅片方阻，扩散后表面浓度与结深的变化关系，结果表明：
1、扩散后发射极的方块电阻变化与基体电阻率呈正比，两者接近线性关系；
2、扩散后表面浓度和结深变化与基体电阻率呈反比，所以高电阻率硅片对应的扩散后方块电阻会越高；
3、这种变化趋势对于优化扩散工艺，提高电池性能的均匀性和集中性，具有指导意义；
4、对于电阻率影响发射极表面浓度和结深的机理，有待进一步验证。
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