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微电子技术实验指导书 半导体电阻率测试实验项目 （验证性实验；实验学时 2h ） 实验说明 半导体材料用于器件生产时往往必须按要求掺杂，对掺杂的浓度、均匀性有严格的要求，它的掺杂性能对加工成的成品质量关系重大，必须严格控制与检测。掺杂后的的半导体电阻率变化是反映其掺杂情况的一个重要指标，所以在半导体生产工艺或在开发研究中必须掌握其测试方法。一般测试中多采用四探针法，结合相应的算法，进行半导体体电阻率的测量。 本实验学习利用专用仪器测试半导体电阻率的方法，同时通过测试和实际观察加深对半导体电阻率特性理解。实验完成之后要写出实验分析报告。 2．实验目的 1）. 学习掌握测试半导体电阻率特性参数的方法。 2). 加深对半导体电阻率特性参数理解，掌握对该参数的观查分析方法。 3.实验原理 将四根排成一定布局的探针以一定的压力垂直地压在被测样品表面上，在 1、4 探针间通以电流 I(mA)，2、3 探针间就产生一定的电压 V(mV)(如图1)。测量此电压并根据测量方式和样品的尺寸不同，可分别按以下公式计算样品的电阻率、方块电阻、电阻： ①. 薄圆片(厚度≤4mm)电阻率： F（D/S）╳ F（W/S）╳ W ╳ Fsp Ω·cm …(1) 其中：D—样品直径，单位：cm或mm，注意与探针间距S单位一致； S—平均探针间距，单位：cm或mm，注意与样品直径D单位一致(四探针头合格证上的S值)； W—样品厚度，单位：cm，在F(W/S)中注意与S单位一致； Fsp—探针间距修正系数(四探针头合格证上的F值)； F(D/S)—样品直径修正因子。当D→∞时，F(D/S)=4.532，有限直径下的F(D/S)由附表B查出： F(W/S)—样品厚度修正因子。W/S0.4时，F(W/S)=1；W/S0.4时，F(W/S)值由附表C查出； I—1、4探针流过的电流值，选值可参考表5.2(第6页表5.2)； —2、3探针间取出的电压值，单位mV； ②. 薄层方块电阻Ｒ□： Ｒ□＝ F（D/S）╳F（W/S）╳ Fsp Ω/□ …(2) 其中：D—样品直径，单位：cm或mm，注意与探针间距S单位一致； S—平均探针间距，单位：cm或mm，注意与样品直径D单位一致(四探针头合格证上的S值)； W—样品厚度，单位：cm，在F(W/S)中注意与S单位一致； Fsp—探针间距修正系数(四探针头合格证上的F值)； F(D/S)—样品直径修正因子。当D→∞时，F(D/S)=4.532，有限直径下的F(D/S)由附表B查出： F(W/S)—样品厚度修正因子。W/S0.4时，F(W/S)=1；W/S0.4时，F(W/S)值由附表C查出； I—1、4探针流过的电流值，选值可参考表5.1(第6页表5.1)； —2、3探针间取出的电压值，单位mV； ①双面扩散层方块电阻Ｒ□ 可按无穷大直径处理，此时F(D/S)=4.532，由于扩散层厚度W远远小于探针间距，故F(W/S)=1，此时 Ｒ□=4.532Fsp ②单面扩散层、离子注入层、反型外延层方块电阻 此时F(D/S)值应根据D/S值从附表C中查出。另外由于扩散层、注入层厚度W远远小于探针间距，故F(W/S)=1，此时有 Ｒ□＝ F（D/S）Fsp ③. 棒材或厚度大于 4mm 的厚片电阻率ρ： 当探头的任一探针到样品边缘的最近距离不小于 4S 时，测量区的电阻率为： Ω·cm …(3) 其中：C＝2πS为探针系数，单位：cm (四探针头合格证上的C值)； S 的取值来源于:1/S=（1/S1 +1/S3 –1/(S1+S3) –1/(S2+S3)），S1为(1-2)针、S2为(2-3)针、 S3 为(3-4)针的间距，单位：cm； I—1、4探针流过的电流值，单位mA,选值可参考表5.2(第6页表5.2)； —2、3探针间取出的电压值，单位mV； ④. 电阻的测量： 应用恒流测试法，电流由样品两端流入同时测量样品两端压降。样品的电阻为： Ω …(3) 其中：I—样品两端流过的电流值，单位mA,选值可参考表5.2(第6页表5.2)； —样品两端取出的电压值，单位mV； 仪器电气原理如下图所示 RTS-8型数字式四探针测试仪是运用四探针测量原理的多用途综合测量设备。该仪器按照单晶硅物理测试方法国家标准并参考美国 A.S.T.M 标准而设计的，专用于测试半导体材料电阻率及方块电阻(薄层电阻)的专用仪器。