文档介绍：成都信息工程学院《半导体物理实验》实验报告实验名称: 硅材料电阻率及扩散薄层电阻的测量小组成员: 李勇兵、宋登明、袁伟强、曹雪巍成员学号: 2012102075 、 2012102048 、 2012102073 、 2012102062 指导老师: 聂海老师试验地点: 6505 实验室试验时间: 2014 年 10月 22日一实验目的 1 .弄清四探针法测量的基本原理及测量方法。 2 .用四探针法测量并计算给定的半导体材料的电阻率,做出硅锭的电阻率分布(至少 5 个点)。 3 .用四探针法测量并计算给定的半导体材料的方块电阻。 4 .用热探针判断半导体材料的导电类型。二实验原理单晶体的电阻率与材料中参与导电的杂质的浓度有关。对于本征半导体材料: ?????????pq nq 11 ( 1) 其中ρ为电阻率值, ?为电导率值, ?为载流子迁移率值, p和n为空穴及电子浓度, q 为电子电量。测量电阻率的方法有许多种。例如, 两探针法, 三探针法, 四探针法及霍耳系数法、C-V法, 高频方法等等。前面几种属于直接接触测量法,而最后一种为非接触测量法。四探针法是使用最广泛的测量半导体材料电阻率的一种方法。其优点是测试设备简单、操作方便、精确度较高、而且对样品无过严的要求, 只要有一个较平坦的表面就可进行测量。它也适于对各种不同大小和厚度的样品进行测量, 只须对不同的几何尺寸样品引入不同的修正因子,即可得到所需的结果。四探针法的原理可简述于下: 1. 无限大样品设有一半导体单晶样品, 其大小和厚度相对于测量探针之间的间距可视为半无穷大。四根探针 1、2、3、4 与样品成点接触,相互可排成一条直线或成四方形或任意形状,电流从 1 流入,从 4 流出。其相互位置可记为 r 12 、r 13 、r 42 、r 43。因为样品是半无穷大的, 探针为点接触, 形成以点 1 为球心的等位面,如图 4-1 所示。因此根据拉普拉斯方程: rV( 、?、)()rV??对利用?????jVr及时0 E ,可得到距点电流源 r 处的电位为: r IrV??2 )(?( 2) 上式中, E为r 处的场强, I= Aj 为电流强度, j 为电流密度。由式( 2 )可得到不同点之间的电位降落: V 12、V 13、V 42、V 43, 并计算出点 2点3 之间的电位差为: 143 13 42 12 23 43 13 42 12 23 32) 1111( 2 ) 1111(2 ????????????rrrrI V rrrr IVVV????( 3 )式( 3 )为四探针测电阻率的通用公式。实用上为方便起见,常将四探针等距离地排列在一条直线上,并令r 12= 、r 23= 、r 34=S 、,S 为探针间距,因此 SI V 232???(4) 通常,当样品厚度及样品边沿到探针的最近距离大于 4S 时,( 4)式即可使用。实验中 S=1mm 。 2. 有限大样品当样品的几何尺寸较小时,则要对( 4 )式进行修正。 V aldes 和 Uhlir 、S mits 计算了样品为薄片及探针离样品边界距离小于 4S 时, 点电流源形成的电位分布,并得到ρ的表达式为: C SI V?? 2 23??(5) 其中 C 为修正因子值。附表 1—1、1—2、1—3、1—4、1—5列出了某些情况下 C 值