半導體電阻率的測量

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