四探针测试仪的测量原理及应用研究(附件)【字数：7528】
摘 要 半导体材料有一个不可或缺的电学参数，其与电阻率密切相关。 它们非常接近硅单晶体电阻及其半导体器件的性能。 也就是说，在半导体材料中进行电阻率测量以测量非常常规的参数。在半导体器件的发展和生产过程中往往是对单晶材料电阻率和薄层电阻扩散、外延过程。四探针测量法是一种标准普及使用，最常用的半导体技术。由于该方法简单可行，适合于批量生产，因此得到了广泛的应用。 在本研究中，研究了用于测量薄层电阻率和电阻率的四探针法的原理。 首先，我需要了解半导体材料的电阻率概念和电阻率测量的范围，仪器电路图的各个功能，分析了各部分的功能原理和基本电路结构，使用仪器测量操作程序，并在实验中小心。
目 录
前 言 1
第一章 毕设课题的背景意义和四探针法的优点 2
1.1毕设课题的背景意义 2
1.2四探针法的优点 2
第二章 毕设课题的测量原理和仪器电路图 3
2.1 测量原理 3
2.1.1毕设课题的测量原理 3
2.1.2 薄层电阻的测量原理 4
2.2 仪器电路图 7
第三章 毕设课题实验的仪器装置及使用方法 9
3.1实验装置 9
3.2实验装置的使用方法 10
第四章 毕设课题实验的目的、内容及注意事项 12
4.1毕设课题实验的目的 12
4.2毕设课题实验的内容 12
4.3毕设课题实验的注意事项 12
第五章 总结 14
结束语 15
致谢 16
参考文献 17
附录： 18
附录1 采用热探针法来判断所测半导体材料的导电类型 18
附录2 采用EXCEL来进行表格数据的处理 18
前 言
半导体的电阻率的概念是在金属和绝缘物体中间。晶体的方向决定半导体的电阻率，电阻率和浓度的迁移是由半导体载体半导体决定。该芯片电阻器是一个薄的金属膜电阻或半导体薄层面积。它通常被称为正方形板阻力沿对面平面的方向。四探针法通常用于测量半 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
导体的电阻率和薄层电阻。这种方法的一个最大的优点是，它不需要校准；除了材料电阻率的测量采用四探针技术，它广泛应用于设备制造，采用四探针法测量扩散层，以确定质量是否能满足设计要求。
当然，四探针法具有许多其它优点：四探针法的优点是探针和样品之间没有半导体合金结电极的制备，这给测量带来了方便。四探针法，样品可沿径向剖面测量电阻率分布不均匀，可观察电阻率。因为这种方法能快速、方便、高精度测量无损任意形状的样品，是一种适合批量生产的方法。但这种方法由于针距离的限制，很难找到两个电阻小于0.5mm的变化;采用四探针和双位组合测量新技术，提高了测量结果的准确性;各种薄膜材料和片材可以通过这种仪器测量;广泛应用于半导体器件生产。
综上所述，这些都是四探针法的优点，目前单纯的四探针法和二探针法无法实现。
第一章 毕设课题的背景意义和四探针法的优点
1.1毕设课题的背景意义
许多器件的关键参数和薄层电阻有关，科学和技术和半导体产业的快速发展，以硅为底的电路集成度越来越高。随着晶体材料的直径越来越大，图形不断精细，电路尺寸越来越小，这对所有的晶体性能，提出了非常严格的机械性能要求和电学特性要求。
近年来，随着微电子技术的发展，半导体制造过程中的四探针测试技术已经成为最广泛的过程监测手段之一。由于电子器件与电阻率和均匀性等参数之间有着密切的关系，电阻率测试装置已成为芯片加工的重要工艺。硅片电阻率测量方法引起了广泛的关注，目前四探针技术已经被广泛用于集成电路的测试方法.四探针技术具有重要的应用，但四探针技术目前仍有对大片电阻率测量的一些问题，四探针机械运动误差大、测量速度慢、效果不好。
1.2四探针法的优点
（1）探针的探头电流可以用双掷开关的方法改变，消除样品的边界效应可以通过两种不同的测量方法，由于探头和机械漂移的不同的距离，它每一次测量都动态地自动修正几何的影响因素，测量结果的准确度有所提高，从而明显减少了几何因素对测量结果的干扰。
(2)当仪器用于测量时，不需要校正探头的边界条件和几何形状，所以无论采用哪种形状的薄膜和片材都可以用该仪器进行测量。这种仪器的适用范围非常广，特别是在诸如硅晶体扩散层，薄膜电阻率，离子浸入层，延伸层和膜电阻器等半导体器件中，它们都具有明显的导电性。
(3)该装置简单，易于理解，测量准确，易于操作。这是集成电路的重要部件，内部包含一个开关机是采用触摸式，以及LED指示灯和微电脑技术的不同条件下工作; 数据采集器和特殊测量控制微机hq710f，高端先进的配置可以迅速查看检测结果，算术程序，并打印出默认的数码显示和预先测量数据。
（4）该仪器解决了接触电位和整流效应测量的影响，因为样品和探头之间的接触。它是通过“粗”和“精电位”零电路来产生一个常数，从而影响补充额外的测量精度的潜力。该仪器在电路中具有19.96欧姆电阻、0.02%精度标准电阻，并通过自校准电路对数字电压表进行校准，可以更方便准确的确定恒流源。
第二章 毕设课题的测量原理和仪器电路
2.1 测量原理
2.1.1毕设课题的测量原理
假设均匀电阻率样本为一块半无穷大，点电流源电流从1流入和流出为4，如图212所示。 另外，图中2和3显示了放置在其上的两个测量电压探头样品，1和4相比两点之间的距离分别为r12,r42,r13,r43 ，球电流源具有均匀电场，由于点电阻率半无限对称，则电场等势面将一系列点电流源作为球体的中心，如图211所示。
样品电阻率为P，采样电流为I，电流源与R距离处电流密度J之间的距离为（211）
基于差分表达式的欧姆定理 （212）
E作为电场强度R，得到，（213）
类型是在一个半无限的均匀样品上的电阻率和探针电位和电流流过的电流源R点和点之间的关系，这是一个潜在的贡献点电流源R距离。
点电位从其R产生的点源。 2，3点应该是1,4和两个相反极性电流源的共同电位，即 （214） （215）
2、3两点的电势差为? （216）
这样就可以得到电阻率： （217）
目 录
前 言 1
第一章 毕设课题的背景意义和四探针法的优点 2
1.1毕设课题的背景意义 2
1.2四探针法的优点 2
第二章 毕设课题的测量原理和仪器电路图 3
2.1 测量原理 3
2.1.1毕设课题的测量原理 3
2.1.2 薄层电阻的测量原理 4
2.2 仪器电路图 7
第三章 毕设课题实验的仪器装置及使用方法 9
3.1实验装置 9
3.2实验装置的使用方法 10
第四章 毕设课题实验的目的、内容及注意事项 12
4.1毕设课题实验的目的 12
4.2毕设课题实验的内容 12
4.3毕设课题实验的注意事项 12
第五章 总结 14
结束语 15
致谢 16
参考文献 17
附录： 18
附录1 采用热探针法来判断所测半导体材料的导电类型 18
附录2 采用EXCEL来进行表格数据的处理 18
前 言
半导体的电阻率的概念是在金属和绝缘物体中间。晶体的方向决定半导体的电阻率，电阻率和浓度的迁移是由半导体载体半导体决定。该芯片电阻器是一个薄的金属膜电阻或半导体薄层面积。它通常被称为正方形板阻力沿对面平面的方向。四探针法通常用于测量半 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
导体的电阻率和薄层电阻。这种方法的一个最大的优点是，它不需要校准；除了材料电阻率的测量采用四探针技术，它广泛应用于设备制造，采用四探针法测量扩散层，以确定质量是否能满足设计要求。
当然，四探针法具有许多其它优点：四探针法的优点是探针和样品之间没有半导体合金结电极的制备，这给测量带来了方便。四探针法，样品可沿径向剖面测量电阻率分布不均匀，可观察电阻率。因为这种方法能快速、方便、高精度测量无损任意形状的样品，是一种适合批量生产的方法。但这种方法由于针距离的限制，很难找到两个电阻小于0.5mm的变化;采用四探针和双位组合测量新技术，提高了测量结果的准确性;各种薄膜材料和片材可以通过这种仪器测量;广泛应用于半导体器件生产。
综上所述，这些都是四探针法的优点，目前单纯的四探针法和二探针法无法实现。
第一章 毕设课题的背景意义和四探针法的优点
1.1毕设课题的背景意义
许多器件的关键参数和薄层电阻有关，科学和技术和半导体产业的快速发展，以硅为底的电路集成度越来越高。随着晶体材料的直径越来越大，图形不断精细，电路尺寸越来越小，这对所有的晶体性能，提出了非常严格的机械性能要求和电学特性要求。
近年来，随着微电子技术的发展，半导体制造过程中的四探针测试技术已经成为最广泛的过程监测手段之一。由于电子器件与电阻率和均匀性等参数之间有着密切的关系，电阻率测试装置已成为芯片加工的重要工艺。硅片电阻率测量方法引起了广泛的关注，目前四探针技术已经被广泛用于集成电路的测试方法.四探针技术具有重要的应用，但四探针技术目前仍有对大片电阻率测量的一些问题，四探针机械运动误差大、测量速度慢、效果不好。
1.2四探针法的优点
（1）探针的探头电流可以用双掷开关的方法改变，消除样品的边界效应可以通过两种不同的测量方法，由于探头和机械漂移的不同的距离，它每一次测量都动态地自动修正几何的影响因素，测量结果的准确度有所提高，从而明显减少了几何因素对测量结果的干扰。
(2)当仪器用于测量时，不需要校正探头的边界条件和几何形状，所以无论采用哪种形状的薄膜和片材都可以用该仪器进行测量。这种仪器的适用范围非常广，特别是在诸如硅晶体扩散层，薄膜电阻率，离子浸入层，延伸层和膜电阻器等半导体器件中，它们都具有明显的导电性。
(3)该装置简单，易于理解，测量准确，易于操作。这是集成电路的重要部件，内部包含一个开关机是采用触摸式，以及LED指示灯和微电脑技术的不同条件下工作; 数据采集器和特殊测量控制微机hq710f，高端先进的配置可以迅速查看检测结果，算术程序，并打印出默认的数码显示和预先测量数据。
（4）该仪器解决了接触电位和整流效应测量的影响，因为样品和探头之间的接触。它是通过“粗”和“精电位”零电路来产生一个常数，从而影响补充额外的测量精度的潜力。该仪器在电路中具有19.96欧姆电阻、0.02%精度标准电阻，并通过自校准电路对数字电压表进行校准，可以更方便准确的确定恒流源。
第二章 毕设课题的测量原理和仪器电路
2.1 测量原理
2.1.1毕设课题的测量原理
假设均匀电阻率样本为一块半无穷大，点电流源电流从1流入和流出为4，如图212所示。 另外，图中2和3显示了放置在其上的两个测量电压探头样品，1和4相比两点之间的距离分别为r12,r42,r13,r43 ，球电流源具有均匀电场，由于点电阻率半无限对称，则电场等势面将一系列点电流源作为球体的中心，如图211所示。
样品电阻率为P，采样电流为I，电流源与R距离处电流密度J之间的距离为（211）
基于差分表达式的欧姆定理 （212）
E作为电场强度R，得到，（213）
类型是在一个半无限的均匀样品上的电阻率和探针电位和电流流过的电流源R点和点之间的关系，这是一个潜在的贡献点电流源R距离。
点电位从其R产生的点源。 2，3点应该是1,4和两个相反极性电流源的共同电位，即 （214） （215）
2、3两点的电势差为? （216）
这样就可以得到电阻率： （217）
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