四探针法消除接触电阻的原理

四探针法消除接触电阻的原理
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KDY—1型四探针电阻率/方阻测试仪
使 用 说 明 书
广州市昆德科技有限公司
1、概述
KDY-1型四探针电阻率/方阻测试仪（以下简称电阻率测试仪）是用来测量半导体材料（主要是硅单晶、锗单晶、硅片）电阻率,以及扩散层、外延层、ITO导电薄膜、导电橡胶方块电阻的测量仪器.它主要由电气测量部份（简称：主机）、测试架及四探针头组成.
本仪器的特点是主机配置双数字表,在测量电阻率的同时,另一块数字表（以万分之几的精度）适时监测全程的电流变化,免除了测量电流/测量电阻率的转换,更及时掌控测量电流.主机还提供精度为0.05%的恒流源,使测量电流高度稳定.本机配有恒流源开关,在测量某些薄层材料时,可免除探针尖与被测材料之间接触火花的发生,更好地保护箔膜.仪器配置了本公司的专利产品：“小游移四探针头”,探针游移率在0.1～0.2%.保证了仪器测量电阻率的重复性和准确度.本机如加配HQ-710E数据处理器,测量硅片时可自动进行厚度、直径、探针间距的修正,并计算、打印出硅片电阻率、径向电阻率的最大百分变化、平均百分变化、径向电阻率不均匀度,给测量带来很大方便.
2、测试仪结构及工作原理
测试仪主机由主机板、电源板、前面板、后背板、机箱组成.电压表、电流表、电流调节电位器、恒流源开关及各种选择开关均装在前面板上（见图2）.后背板上只装有电源插座、电源开关、四探针头连接插座、数据处理器连接插座及保险管（见图3）.机箱底座上安装了主机板及电源板,相互间均通过接插件联接.仪器的工作原理如图1所示：
测试仪的基本原理仍然是恒流源给探针头（1、4探针）提供稳定的测量电流I（由DVM1监测）,探针头（2、3）探针测取电位差V（由DVM2测量）,由下式即可计算出材料的电阻率：
厚度小于4倍探针间距的样片均可按下式计算
式中：V——DVM2的读数,mV.
I——DVM1的读数,mA.
W——被测样片的厚度值以cm为单位.
F（W/S）——厚度修正系数,数值可查附录二.
F（S/D）——直径修正系数,数值可查附录三.
Fsp——探针间距修正系数.
Ft——温度修正系数,数值可查附录一.
由于本机中已有小数点处理环节,因此使用时无需再考虑电流、电压的单位问题.如果用户配置了HQ-710E数据处理器只要置入厚度W、FSP、测量电流I等有关参数,一切计算、记录均由它代劳了.如果没有数据处理器（HQ-710E）,用户同样可以依据上式用普通计算器算出准确的样片电阻率.
对厚度大于4倍探针间距的样片或晶锭,电阻率可按下式计算：
ρ=2πSV/I （2）
这是大家熟悉的样品厚度和任一探针离样品边界的距离均大于4倍探针间距（近似半无穹大的边界条件）,无需进行厚度、直接修正的经典公式.此时如用间距S=1mm的探头,电流I选择0.628；用S=1.59mm的探头,电流I选择0.999,即可从本仪器的电压表（DVM2）上直接读出电阻率.
用KDY-1测量导电薄膜、硅的异型外延层、扩散层、导电薄膜的方块电阻时,计身算公式为：
R = V/I F(D/S) F(W/S)FSP
由于导电层非常薄故F(W/S)=1,所以只要选取电流 I=F(D/S) FSP, ,F(D/S)=4.532
测量时电流调节到04532,ρ/R选择在R灯亮
从KDY-1右边的电压表(DVM2)上即可直接读出扩散薄层的方块电阻R .
备注：在测量方块电阻时ρ/R选择要在R,仅在电流0.01mA档时电压表最后一位数溢出（其它档位可以正常读数）,故读数时需要注意,如电流在0.01档时电压表读数为00123,实际读数应该是001230..
3、使用方法
（1）主机面板、背板介绍
仪器除电源开关在背板外其它控制部分均安装在面板上,面板的左边集中了所有与测量电流有关的显示和控制部份,电流表（DMV1）显示各档电流值,电流选择值（随运按钮）供电流选档用,～220V电源接通后仪器自动选择在常用的1.0mA档,此时1.0上方的红色指示灯亮,随着选择开关的按动,指示灯在不同的档位亮起,直选到档位合适为止.打开恒流源,上方指示灯亮,电流表显示电流值,调节粗调旋钮使前三位数达到目标值,再调细调旋钮使后两位数达到目标值.这样就完成了电流调节工作,此时我们可以把注意力集中到右边,面板的右边集中了所有电压测量有关的控制部件,电压表（DMV2）显示各档（ρ/R手动/自动）的正向、反向电压测量值.ρ/R键必须选对,否则测量值会相差10倍；同样手/自动档也必须选对,否则仪器拒绝工作.
后背板上主要安装的是电缆插座,图上标得很清楚,安装时请注意插头与插座的对位标志.因为在背后容易漏插,松动时不易被发现,所以安装必须插全、插牢.
（2）使用仪器前将电源线、测试架联接线、主机与数据处理器的联接线（如使用处理器）联接好,并注意一下测试架上是否已接好探针头.电源线插头插入～220V座插后,开启背板上的电源开关,此时前面板上的数字表、发光二极管都会亮起来.探针头压在被测单晶上,打开恒流源开关,左边的表显示从1、4探针流入单晶的测量电流,右边的表显示电阻率（测单晶锭时）或2、3探针间的电位差.电流大小通过旋转前面板左下方的两个电位器旋钮加以调节,其它正、反向测量、ρ/R选择、自动/手动测量都通过前面板上可自锁的按钮开关控制.
（3）仪器测量电流分五档：0.01mA（10μA）、0.1mA（100μA）、1mA、10mA、100mA,读数方法如下：
在0.01mA档显示5位数时：10000 表示电流为：0.01mA（10μA）
又如在0.01mA档显示：06282 即表示电流为：6.28μA
在0.1mA档显示5位数时：10000 表示电流为：0.1mA（100μA）
又如在0.1mA档显示：04532 表示电流为：45.32μA
在1mA档显示5位数时：10000 表示电流为：1mA
又如在1mA档显示：06282 表示电流为：0.6282mA
同样在10mA档显示：10000 表示电流为：10mA
显示：04532 表示电流为：4.532mA
100mA档显示：10000 表示电流为：100mA
显示：06282 表示电流为：62.82mA
电流档的选择采用循环步进式的选择方式,在仪器面板上有一个电流选择按钮,每按一次进一档,仪器通电后自动设定在常用的1.0mA档,如果你不断地按下“电流选择”按钮,电流档位按下列顺序不断地循环.
1.0mA→10mA→100mA→0.01mA→0.1mA→1.0mA→10mA→……
可以快速找到你所需的档位.
（4）电压表读数：因为为了方便直接用电压表读电阻率,所以我们人为改动了电压表的小数点移位,如需要直接读取电压值时需注意,本电压表为199.99mV的数值电压表,读电压值时小数点是固定位置的,
例如：电压表显示 读电压值
1.9999 199.99mV
19.999 199.99mV
199.99 199.99mV
1999.9 199.99mV
19999 199.99mV
根据国标GB/T1552-1995,不同电阻率硅试样所需要的电流值如下表所示：
电阻率,Ω.cm 电流,mA 推荐的园片测量电流值