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1、半導體電阻率的測量半導體材料的電阻率,是判斷材料摻雜濃度的一個主要參數(shù),它反映了補償后的雜質(zhì)濃度,與半導體中的載流子濃度有直接關系。最早用來測量電阻率P的方法是用一個已知尺寸的矩形樣品來測量電阻尺,直接利用=(V·S)(I·L)得到電阻率,但對于半導體材料,這樣測量的電阻率將包括一個不可忽略的接觸電阻項。金屬探針與半導體相接觸的地方有很大的接觸電阻,這個電阻甚至遠遠超過半導體本身的體電阻。因此不能用直接法測量半導體材料的電阻率。常用的接觸式測量半導體材料電阻率的方法主要有如下幾種:兩探針法;三探針法;四探針法;單探針擴展電阻法;范德堡法。在這篇文章中,我們將主要介紹各種測量
2、半導體電阻率的方法。(一)兩探針法兩探針法的主要想法,是利用探針與體電阻直接接觸,避免了與測試電阻的接觸從而消除誤差。試樣為長條形或棒狀,且視為電阻率均勻分布。利用高阻抗的電壓計測量電阻上的電壓從而得到流過半導體的電流,再利用電壓計測得半導體上流過單位長度的電壓壓降,再測得長度L,從而得到=(V*S)/(I*L),S為試樣表面積。(二)三探針法三探針法適用于測量相同導電類型,低阻襯底的外延層材料的電阻率。該方法是利用金屬探針與半導體材料接觸處的反向電流電壓特性、測定擊穿時的電壓來獲得材料電阻率的知識的。金半接觸反向偏置時,外電壓幾乎全部降在接觸處,空間電荷區(qū)中電場很大,載流子在電場作用下與晶格
3、原子發(fā)生碰撞電離。隨著外電場增加,發(fā)生雪崩擊穿,擊穿電壓與摻雜濃度有關,具體關系由經(jīng)驗公式給出,再根據(jù)電阻率與雜質(zhì)濃度的關系圖線,從而可以得到材料的電阻率。(三)四探針法直線四探針法是用針距約為1毫米的四根探針同時壓在樣品的平整表面上,。利用恒流源給l、4探針通以一個小電流,然后用高輸入阻抗的電位差計、電子毫伏計或數(shù)字電壓表測量電壓。利用高阻值電壓計測得2、3探針間的電壓值,從而根據(jù)公式=V23 *C/I。C為探針系數(shù)是常數(shù),I則為流過半導體的電流大小。四探針法比二探針法好,它可以測量樣品沿徑向分布的斷面電阻率。(四)單探針拓展電阻法單探針擴展電阻法適用于測量體材料的微區(qū)均勻性及外延材料、多層
4、結構或擴展層等材料的電阻率或電阻率分布。此法可以確定體積為10-10厘米3的區(qū)域的電阻率。這種方法是利用一根金屬鋨(或鎢鈷合金)尖探針來探測樣品表面電阻率的。要求探針材料硬度大并且耐磨,樣品正面要進行很好的機械拋光,樣品背面要用大面積超聲波焊接來制作歐姆接觸。探針固定在探針臂系統(tǒng)上,使其與樣品表面始終保持垂直。根據(jù)推算我們可以得到,Rs=V/I=/(2r0 ), r0 為針球面半徑。實際上,對于脆性的半島體材料,探針尖與樣品表面的接觸面的真正幾何形狀為一個半徑為a的圓。此時=Rs/4a。a為有效接觸點半徑,它的計算與金屬與半導體的楊氏彈性模量,在探針尖的壓力有關。(五)范德堡法1958年范德堡出一種接觸點位于晶體邊緣的電阻率測量方法。該方法適用于厚度均勻、無孤立孔洞的片狀樣品。目前,砷化鎵材料和硅外延襯底材料的測試多用此法。對于任意形狀的片狀樣品,在其邊緣處取四個接觸點如圖,AB垂直于CD。測量任意兩接觸點間的電流,如AC間的電流IAC,測量其余兩接觸點的電壓VBD,則得到R1=VBD/IAC。同理再取一對組合得到R2.。根據(jù)范德堡推算出的公式,其中的函數(shù)為范德堡修正函數(shù),可以通過查表得到。范德堡法的
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