试验四探针法测量半导体电阻率和薄层电阻 微电子学院微电子试验.ppt

说明：样品为片状单晶，四探针针尖所连成的直线与样品一个边界垂直， 探针与该边界的最近距离为L，除样品厚度及该边界外，其余周界为无穷远，样 品周围为绝缘介质包围。同样需要注意的是当片状样品不满足极薄样品的条件 时，仍需按上式计算电阻率P。 ☆扩散层的薄层电阻 半导体工艺中普遍采用四探针法测量扩散层的薄层电阻，由于反向PN 结的隔 离作用，扩散层下的衬底可视为绝缘层，对于扩散层厚度(即结深Xj)远小于探针 间距S，而横向尺寸无限大的样品，则薄层电阻率为： 说明：样品为片状单晶，除样品厚度外，样品尺寸相对探针间距为无穷大，四 探针垂直于样品表面测试，或垂直于样品侧面测试 。 实际工作中，我们直接测量扩散层的薄层电阻，又称方块电阻，其定义就是 表面为正方形的半导体薄层，在电流方向所呈现的电阻，见下图。 所以 ： 因此有: 实际的扩散片尺寸一般不很大，并且实际的扩散片又有单面扩散与双面扩散之 分， 因此，需要进行修正，修正后的公式为： 本实验的测试装置主要由四探针头， 可调的直流恒流源， 电位差计和检流 计等组成。 对四探针头的要求是： 导电性能好， 质硬耐磨。针尖的曲率半径25-50μm， 四根探针要固定且等距排列在一条直线上， 其间距通常为1mm， 探针与被测样 品间的压力一般为20牛顿。 恒流源的输出电流要稳定且可调， 能提供从微安级到几十毫安的电流。 电位差计是采用补偿法测微小电压的仪器，其优点是当调节平衡后，测量线 路和被测线路间都无电流流过。 1. 对所给的各种样品分别测量其电阻率。 2. 对同一样品，测量五个不同的点， 由此求出单晶断面电阻率不钧匀度。 3. 对单面扩散和双面扩散的样品， 分别测量其薄层电阻R。 4. 参考附录一，用阳极氧化剥层法求扩散层中的杂质浓度分布(选作)。 5. 参考附录二，用冷热探针法判断半导体材料的导电类型(选作)。 1. 接好测量线路。 2. 按标准电池电位修正公式计算该温度下的电位差，由此校好电位差计。 3. 将被测样品表面用金钢砂研磨(指单晶硅样品)，用去离子水冲洗干净后，再 用酒精棉球擦洗干净，晾干，这样处理后就可以获得新鲜磨毛的测试平面，以使 探针和样品实现较好的欧姆接触，当样品与室温相同后方可开始测量。 注意：操作过程中保持样品的清洁，不要用手触摸样品表面。 4. 通过恒流源对被测样品加以一定的电流，利用已较好的电位差计测出V23， 记录有关数据。扳动K1和K2，测量并记录反向的电流值和V23。 5. 改变测试电流，重复4。 6. 用千分尺及读数显微镜测量样品的几何尺寸以及探针离开样品边缘的最近 距离， 决定是否进行修正。 7. 观察光照对不同电阻率样品测试结果的影响。 1. 对所给样品测量五个不同的点，计算(修正)当I=1mA时的电阻率ρ。 2. 对样品进行不同电流但测量点相同情况下的测量， 计算(修正)同点电流不同 时的电阻率ρ。 3. 单晶断面电阻率不均匀度E的计算公式为： 式中ρmax 为所测五个点中电阻率的最大值，ρmin为所测点中电阻率的最小 值，ρ为断面 。测量点电阻率平均值，Δ=max-min，用(16)式计算所测样品的 断面电阻率不均匀度E。 4. 计算扩散情况不同的样品的薄层电阻。 1. 为增加表面复合，减少少子寿命及避免少子注入，被测表面需粗磨或喷砂 处理。 2. 对高阻材料及光敏材料，由于光电导及光压效应会严重影响电阻率的测 量，这时测量应在暗室进行。 3. 电流要选择适当， 电流太小影响电压检测精度，电流太大会引起发热或非 平衡载流子注入。 4. 半导体材料的电阻率受温度的影响十分敏感，因此，必须在样品达到热平 衡情况下进行测量并记录测量温度。 5. 由于正向探针有少子注入及探针移动的存在，所以在测量中总是进行正反 两个电流方向的测量，然后取其平均以减小误差。 1．分析电阻率误差的来源，指出和 的区别及条件各是什么? 2. 为什么要用四探针进行测量， 如果只用两根探针既作电流探针又作电压探 针， 这样是否能够对样品进行较为准确的测量? 为什么? ⑴孙以材编著：半导体测试技术 ，冶金工业出版社 1984。 ⑵ 成都电讯工程学院 谢孟贤、刘国维编： 半导体工艺原理上册， 国防 工业出版社，1980。 ⑶ 复旦大