数字式四探针.docVIP

3.3数字式四探针仪 本课题中硅薄膜的电阻率利用数字式四探针仪来测量。 3.3.1数字式四探针仪原理 对诸如棒状、块状半导体材料的进行测量，又诸如对形状为片状的半导体材料的电阻率进行测量以及对扩散层方块电阻的测量用的就是四探针的测量原理。 ????数字式四探针仪的工作电路由集成电路和晶体管电路组成，测量电阻率时很灵敏、很高的精细度、稳定性好，很紧凑的结构，测量结果直观可靠。本仪器使用的探头是由宝石导向轴套和高耐磨的合金探针组合在一起形成的，该探头在测量过程中产生的游移率非常小，使用寿命长，测量时定位准确，几乎不产生误差等特点。? ??半导体特性分析原理： 图示为四探针测试的原理： 3.3.1四探针测量原理图 四探针仪的探头上有四根金属探针成一字排列，当这四根金属探针以直线形式压在半导体材料上时，会在材料表面产生一定的压力，此时在探针与半导体材料之间就会产生电流，我们把通过1、4两跟探针之间的电流称为I，把在2、3探针之间的电位差称作V。? 根据公式，可得材料的电阻率为??? (-cm) (3.3-1) 式中的C为探针系数。 ?????????如果待测样品的电阻率是均匀分布的，且待测样品的条件满足尺寸半无限大时?? (3.3-2) ??式中： 、 、 分别为探针1与2，2与3，3与4间的间距，? ????????????????当 ?= =? =1?mm时，C=2π。? ????????????数字电压表的示数在电流I?=?C，ρ=?V?可以直接读出。?? （1）电阻率的测量方法根据不同样品而不同，对于棒状和块状样品来说，其测量方法如下：? 就待测样品的外形尺寸而言，棒状和块状样品合乎的边界条件是半无限大，电阻率值可以由上面(3.3-1)和(3.3-2)两个式子直接求出。? （2）测量薄片电阻率? ???由于薄片样品的厚度相对来说太薄，该厚度与探针的间距非常接近，因此不能忽略不计，在测量过程中需要确切知道薄片样品的测量位的修正系数和样品的形状、厚度值。? ?????下面的公式可得出电阻率：? ??? (3.3-3) ?????式中：块状体电阻率的值大小?为 ?。 探针间距和样品厚度的修正函数为 ，由相关表格查得其数值?? 样品形状与测量位置的修正函数为 ，可由相关表格查得其数值?????? 当满足W/S0.5时，圆形硅片的电阻率为：?? ??? ? （3.3-4） （3）扩散层的方块电阻测量： 当尺寸条件满足半无限大平面时：? （3.3-5） R值在I?=4.53可直接由V表中读出。??? ????数字式四探针仪可分为两部分，分别为电气部分、测试架；根据测试需要的不同，仪器放置在不同的工作台，分为专用工作台和一般工作台。 图示为SZ-80数字式四探针仪的实物图 ?本课题使用的是SZ—82的数字式四探针仪，电气部分包括双积分A/D变换、调制式高灵敏直流放大器、显示器、计数器，还包括直流数字电压表，它的灵敏度很高， DC—DC电源变换器、恒流源、电源。仪器上的电流量程调节旋钮、工作选择旋钮、调零电路、电压量程旋钮、单位小数点自动显示电路和自较电路等旋钮扩大了仪器功能，使用方便。恒定直流电流在恒流源电路经过变换器后产生；电流连续可调，1、4探针接收到恒定电流，产生电位差，此时电气箱内会接收到2、3探针的直流电压信号。最后直流信号被放大经过的是具有高输入、高灵敏阻抗的直流放大器（放大量程共有以下五档：2?v、 200?mv、20?mv、2?mv、0.2?mv）。? ? ???????????????图3.3.2 电气部分原理方框图 双积分A/D变换器可以把模拟量变换为数字量，由显示器显示出来；小数点、单位、计数器计数会自动显示电路。? 仪器中有一个精度为0.20%的标准电阻被作为自较电路；数字电压表的恒流源和精度能够通过自较电路方便地进行校正。? 电气箱是仪器的主要电气部分，在其面板上有如数字、小数、单位显示等全部操作旋钮和开关。??? 3.3.2测试架? 精密加工的探头以及压力传动机构、样品台共同组成数字式四探针仪的测试架，并且测试架还一个配有宝石导套，它能够在测量时尽量把误差减小到最小，弹簧加力装置装在探头内，使得探头的寿命延长，同时为了测量的精确性，高度粗调、细调装置也被应用于测试中。?