试验六 半导体材料的方阻和电阻率的测量研究

一、 实验目的:

1．掌握四探针法测量半导体材料方阻的基本原理和方法。

2．掌握半导体电阻率的测量方法。

3. 掌握半导体阻值与光照及温度的关系。

二、 实验原理：

四探针法是用针距约为1mm的四根金属同时排成一列压在平整的样品表面上，如图1-1所示，其中最外部二根（图1-1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。该电流I、压降V与样品方阻R_□ 的关系为

R_□ （1--1）

（1--1）式中C为修正因子。如果测量中选择的电流大小等于修正因子C，那么方阻R_□ 应满足下列关系：

R = V (Ω/_□) (1--2)

图1—1测量方阻的四探针法原理

通过以上分析可以知道只要测量电流大小等于修正因子C，材料的方阻就等于2、3二探针之间的电压。

半导体材料的电阻率的测量方法很多，可以直接测量电阻率，也可以先测量电阻，再通过计算得到电阻率，因为电阻R等于：

式中ρ为材料的电阻率，l为材料的长度，s为材料的横截面积。

三、实验内容：

1．用四探针法测量不同尺寸硅片的方阻；

2．比较表面粗糙度对半导体材料的影响。

3. 在有光照和无光照条件下观察硅片方阻值的变化。

4．测量电阻随温度的变化规律。

四、实验仪器：

SZ-82数字式四探针测试仪；D41—5/ZM四探针测试仪； TH2512B智能直流低电阻测试仪；FJ2816RLC自动测量仪。

五、实验步骤：

1.用四探针仪测量方阻

(1) 将仪器接上电源，打开仪器电源开关，使其预热十分钟。

(2) 将量程开关置于较大的量程（如300Ω/_□，1000Ω/_□）；将“零点测量”按

键置于“零点”档。

(3) 调节调零旋钮，使方阻指示电表指针为零。

(4) 按下“测量”开关，并将样品置于探针架上，转动测试架旋盘，使探针缓下降，并压紧至被测样品上以保证探针与测试样品之间接触良好。

(5)量出被测样品的宽度a、长度l及探针间距s，根据它们的比值查附表Ⅰ，求得修正因子C。

(6)调节修正因子旋钮，将修正因子调整到规定值。

(7)当修正因子变化时，方阻表头的指示也相应变化，读出规定值C时的方阻，该方阻即为所求。

2.电阻率的测量

(1) 插上电源线，开机后面板全亮约2秒，且经过自我检测后，本机会停留在如下状态：

*量程：AUTO状态

*显示：R（显示测试电阻值）

*速度：SLOW

*分选：OFF

*设置：OFF

（2）等机器出现以上状态后，将电阻夹于测试端。

（3）用AUTO量程自动选择量程，或＜、＞选择好适当的量程即可测量。

（4）对样品进行加温，测量不同温度下样品的电阻值。

六、实验结果及分析处理：

1. 硅片的方阻

2.半导体的电阻率与温度的关系

温度 参数	室温	50	100	150
R（Ω）
ρ（Ω/CM）

3.结果分析

（1）半导体方阻的测试方法简单方便，其阻值的大小与样品的表面清洁、粗糙度等有关。

（2）随着温度的增加，半导体的电阻减小。

七、问题及解答

（1）有光照时硅片的方阻有无变化？为什么？

（2）半导体的电阻率如何随着温度变化，并解释。