物理專業(yè)實驗報告專業(yè) 班級1姓名 學(xué)號 實驗名稱四探針法測電阻的電阻率實驗地點 實驗日期 【實驗?zāi)康摹浚?） 熟悉四探針法測量半導(dǎo)體或金屬材料電阻率的原理（2） 掌握四探針法測量半導(dǎo)體或金屬材料電阻率的方法【實驗儀器】SX1944型數(shù)字式四探針測試儀；硅單晶；TiO2陶瓷樣品；SB118精密直流恒流源；直流數(shù)字電壓表【實驗原理】半導(dǎo)體材料是現(xiàn)代高新技術(shù)中的重要材料之一，已在微電子器件和光電子器件中得到了廣泛應(yīng)用。半導(dǎo)體材料的電阻率是半導(dǎo)體材料的的一個重要特性，是研究開發(fā)與實際生產(chǎn)應(yīng)用中經(jīng)常需要測量的物理參數(shù)之一，對半導(dǎo)體或金屬材料電阻率的測量具有重要的實際意義。直流四探針法主要用于半導(dǎo)體材料或金屬材料等低電阻率的測量。所用的儀器示意圖以及與樣品的接線圖如圖1所示。由圖1（a）可見，測試過程中四根金屬探針與樣品表面接觸，外側(cè)1和4兩根為通電流探針，內(nèi)側(cè)2和3兩根是測電壓探針。由恒流源經(jīng)1和4兩根探針輸入小電流使樣品內(nèi)部產(chǎn)生壓降，同時用高阻抗的靜電計、電子毫伏計或數(shù)字電壓表測出其它兩根探針（探針2和探針3）之間的電壓V23。圖1四探針法電阻率測量原理示意圖

若一塊電阻率為P的均勻半導(dǎo)體樣品，其幾何尺寸相對探針間距來說可以看作半無限大。當(dāng)探針引入的點電流源的電流為I，由于均勻?qū)w內(nèi)恒定電場的等位面為球面，則在半徑為r處等位面的面積為2兀r2，電流密度為(1)根據(jù)電流密度與電導(dǎo)率的關(guān)系j=oE可得(2)距離點電荷r處的電勢為(3)V=(3)2兀r半導(dǎo)體內(nèi)各點的電勢應(yīng)為四個探針在該點所形成電勢的矢量和。通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)，四探針法測量電阻率的公式可表示為(4)c/1 1 1 1、VV(4)P=2兀(— — + )-1?23=C?T3TOC\o"1-5"\h\zrrrrI I12 24 13 34式中，C=2n(——1——-+丄)-1為探針系數(shù)，與探針間距有關(guān)，單位為cm。rrrr12 24 13 34(5)若四探針在同一直線上，如圖1(a)所示，當(dāng)其探針間距均為S時，則被測樣品的電阻率為

c/1 1 11、V…V(5)P=2兀(—H)—1?23=2兀S?—23S2S2SSI I此即常見的直流等間距四探針法測電阻率的公式。有時為了縮小測量區(qū)域，以觀察不同區(qū)域電阻率的變化，即電阻率的不均勻性，四根探針不一定都排成一直線，而可排成正方形或矩形，如圖1(b)所示，此時只需改變電阻率計算公式中的探針系數(shù)C即可。四探針法的優(yōu)點是探針與半導(dǎo)體樣品之間不要求制備接觸電極，極大地方便了對樣品電阻率的測量。四探針法可測量樣品沿徑向分布的斷面電阻率，從而可以觀察電阻率的不均勻性。由于這種方法允許快速、方便、無損地測試任意形狀樣品的電阻率，適合于實際生產(chǎn)中的大批量樣品測試。但由于該方法受到探針間距的限制，很難區(qū)別間距小于0.5mm兩點間電阻率的變化。根據(jù)樣品在不同電流(I)下的電壓值(V23)，還可以計算出所測樣品的電阻率。【實驗內(nèi)容】1、 預(yù)熱：打開SB118恒流源和PZ158A電壓表的電源開關(guān)(或四探針電阻率測試儀的電源開關(guān))，使儀器預(yù)熱30分鐘。2、 放置待測樣品：首先擰動四探針支架上的銅螺柱，松開四探針與小平臺的接觸，將樣品置于小平臺上，然后再擰動四探針支架上的銅螺柱，使四探針的所有針尖同樣品構(gòu)成良好的接觸即可。3、 聯(lián)機(jī)：將四探針的四個接線端子，分別接入相應(yīng)的正確的位置，即接線板上最外面的端子,對應(yīng)于四探針的最外面的兩根探針，應(yīng)接入SB118恒流源的電流輸出孔上，二接線板上內(nèi)側(cè)的兩個端子，對應(yīng)于四探針的內(nèi)側(cè)的兩根探針，應(yīng)接在PZ158A電壓表的輸入孔上，如圖1（a）所示。4、 測量：使用SB118恒流源部分，選擇合適的電流輸出量程，以及適當(dāng)調(diào)節(jié)電流（粗調(diào)及細(xì)調(diào)），可以在PZ158A上測量出樣品在不同電流值下的電壓值，利用公式（5）即可計算出被測樣品的電阻率?！緦嶒灁?shù)據(jù)】方塊電阻：厚度w=2.32mm長度l=48.00mm探針間距s=1mm實驗中電流區(qū)間為0?100uA 實驗電流I=0.591mA電阻R=15Q【思考題】1、記錄半導(dǎo)體或金屬樣品的電阻率，分析電阻率的影響因素。答：溫度的影響一般金屬材料的電阻率隨溫度的升高而增大，半導(dǎo)體材料的電阻率則隨溫度的升高而減小。教師評語：實驗預(yù)習(xí)：（認(rèn)真、 較認(rèn)真、一般、較差、很差）;占30%原始數(shù)據(jù)及實驗結(jié)果：（