[试题]实验一:四探针法测电阻的电阻率
物理专业实验
报告
软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载
专业 班级 1 姓名 学号
实验名称 四探针法测电阻的电阻率 实验地点 实验日期
【实验目的】
(1)熟悉四探针法测量半导体或金属材料电阻率的原理
(2)掌握四探针法测量半导体或金属材料电阻率的方法
【实验仪器】
SX1944型数字式四探针测试仪;硅单晶;TiO陶瓷样品; SB118精密直流恒流源;直流数2
字电压表
【实验原理】
半导体材料是现代高新技术中的重要材料之一,已在微电子器件和光电子器件中得到了广泛应用。半导体材料的电阻率是半导体材料的的一个重要特性,是研究开发与实际生产应用中经常需要测量的物理参数之一,对半导体或金属材料电阻率的测量具有重要的实际意义。
直流四探针法主要用于半导体材料或金属材料等低电阻率的测量。所用的仪器示意图以及与样品的接线图如图1所示。由图1(a)可见,测试过程中四根金属探针与样品表面接触,外侧1和4两根为通电流探针,内侧2和3两根是测电压探针。由恒流源经1和4两根探针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它两根探针(探针2和探针3)之间的电压V。 23
图1 四探针法电阻率测量原理示意图
若一块电阻率为的均匀半导体样品,其几何尺寸相对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,由于均匀导体内恒定电场的等位面为球面,则在半径为处等rI
2位面的面积为,电流密度为 2,r
2 (1) jIr,/2,
根据电流密度与电导率的关系可得 jE,,
jII, (2) E,,,2222rr,,,,
距离点电荷处的电势为 r
I, (3) V,2r,
半导体内各点的电势应为四个探针在该点所形成电势的矢量和。通过数学推导,四探针法测量电阻率的公式可表示为
VV1111,12323,,,,,,,,,2()C (4) rrrrII12241334
1111,1,,,,,C2()式中,为探针系数,与探针间距有关,单位为cm。 rrrr12241334
若四探针在同一直线上,如图1(a)所示,当其探针间距均为时,则被测样品的电阻率为 S
VV1111,12323 (5) ,,,,,,,,,,2()2SSSSSII22
此即常见的直流等间距四探针法测电阻率的公式。
有时为了缩小测量区域,以观察不同区域电阻率的变化,即电阻率的不均匀性,四根探针不一定都排成一直线,而可排成正方形或矩形,如图1(b)所示,此时只需改变电阻率计算公式中的
C探针系数即可。
四探针法的优点是探针与半导体样品之间不要求制备接触电极,极大地方便了对样品电阻率的测量。四探针法可测量样品沿径向分布的断面电阻率,从而可以观察电阻率的不均匀性。由于这种方法允许快速、方便、无损地测试任意形状样品的电阻率,适合于实际生产中的大批量样品测试。但由于该方法受到探针间距的限制,很难区别间距小于0.5mm两点间电阻率的变化。 根据样品在不同电流(I)下的电压值(V),还可以计算出所测样品的电阻率。 23
【实验内容】
1、预热:打开SB118恒流源和PZ158A电压表的电源开关(或四探针电阻率测试仪的电源开
关),使仪器预热30分钟。
2、放置待测样品:首先拧动四探针支架上的铜螺柱,松开四探针与小平台的接触,将样品置
于小平台上,然后再拧动四探针支架上的铜螺柱,使四探针的所有针尖同样品构成良好的接
触即可。
3、联机:将四探针的四个接线端子,分别接入相应的正确的位置,即接线板上最外面的端子,
对应于四探针的最外面的两根探针,应接入SB118恒流源的电流输出孔上,二接线板上内侧
的两个端子,对应于四探针的内侧的两根探针,应接在PZ158A电压表的输入孔上,如图1(a)
所示。
4、测量:使用SB118恒流源部分,选择合适的电流输出量程,以及适当调节电流(粗调及
细调),可以在PZ158A上测量出样品在不同电流值下的电压值,利用公式(5)即可计算出
被测样品的电阻率。 ,
【实验数据】
方块电阻:厚度w=2.32mm
长度l=48.00mm
探针间距s=1mm
实验中电流区间为0100uA 实验电流I=0.591mA ~
电阻R=15Ω
【思考题】
1、记录半导体或金属样品的电阻率,分析电阻率的影响因素。
答:温度的影响 一般金属材料的电阻率随温度的升高而增大,半导体材料的电阻率则随温度的升高而减小。
教师评语:
1. 实验预习:( 认真、 较认真、 一般、 较差、 很差 );占30% 2. 原始数据及实验结果:( 准确合理、 较准确、 不合理 );占30% 3. 实验所要求的误差分析或作图:( 规范、 中等、 不规范 );占20% 4. 报告排版整齐度:( 很好、 较好、 中等、 较差、 很差 );占20%
评定等级:( ) 教师签名: 日期: