3.硅片电阻率的测试

1 硅片电阻率的测试一、实验目的1. 了解半导体材料方块电阻的概念。2. 理解四探针法测量半导体电阻率和方块电阻的原理；3. 学会使用四探针测试仪测量硅圆薄片的电阻率。二、实验原理1. 方块电阻的定义如图 1 所示，方形薄片，截面积为 A，长、宽、厚分别用 L、 w、 d 表示，材料的电阻率为 ρ ，当电流如图示方向流过时， 若 L=w， 这个薄层的电阻称为方块电阻，一般用 R□ 表示，单位为 Ω / □。图 1 方块电阻的定义对于杂质均匀分布的样品， 若该半导体薄层中杂质均匀分布， 则薄层电阻 R为：wdLALRwLRwLd·式中， R□ =d， 为方块电阻， L/w 为长宽比，又称方数。2. 电阻率和方块电阻的测量原理图 2 四探针法测量电阻率和方块电阻如图 2 所示，当四根金属探针排成一条直线，并以一定压力压在半导体材料上时，在 1、 4 两根探针间通过电流 I(mA)，则 2、 3 探针间的电压为 V23(mV)。根据以下公式计算薄圆片（厚度 ≤ 4mm）的电阻率和方块电阻。样品1IIV23 4322 SP23 FWF(W/S)F(D/S)IV Ω· cm (1) WF(W/S)F(D/S)R 23IV Ω / □ (2)式中， D 为样品直径，单位 cm 或 mm（注意与探针间距 S 单位一致） ； S 为探针间距， 单位 cm 或 mm， 本实验采用的测试仪 S=1mm； W 为样品厚度， 单位cm 或 mm（注意与探针间距 S 单位一致） ； Fsp 为探针间距修正系数 ( 合格证上的F 值 ) ； F(D/S)为样品直径修正因子，可查说明书附表 B 得到； F(W/S)为样品厚度修正因子，可查说明书附表 C 得到。三、实验器材1. RTS-8 型四探针测试仪，一台；2. 游标卡尺、千分尺，各一把；3. 单晶 / 多晶硅片，一片。四、实验内容（一）测试前准备1. 按后面板说明用连线电缆将四探针探头与主机连接好，接上电源。2. 开启主机电源开关，此时“ R□ ”和“ I”指示灯亮，预热约 10 分钟（二）测试1. 用游标卡尺测量硅片的直径 D， 一共测量 3 次， 然后计算其平均值 D ， 实验数据记录表 1 中。注意：每次测量完，绕硅片中心旋转 30o，再下一次测量。2. 用千分尺分别测量硅片中心、半径中点、距离样品边缘 6mm 处的厚度，W1、 W2、 W3，每处分别测量 3 次，然后计算其平均值 1W 、 2W 、 3W ，实验数据记录表 1 中。注意：每次测量完，绕硅片中心旋转 90o，再下一次测量。3. 根据上述步骤 1、 2 的测量数据，查说明书附表 B、 C，分别得到 F(D/S)、F(W/S)，记录表 2 中。对于电阻率和方阻测量，分别按以下公式 (3)、 (4)计算测试电流 I1、 I2，计算数据记录表 3 中。SP1 FWF(W/S)F(D/S)I (3)SP2 FF(W/S)F(D/S)I (4) 4. 估计所测样品方块电阻和电阻率范围，按说明书上表 5.1、表 5.2 选择合3 适的电流量程对样品进行测量，按下 K1-K6 中相应的键选择量程。5. 分别测量硅片中心、半径中点、距离样品边缘 6mm 处的电阻率和方阻，正向和反向分别测量， 每处分别测量 3 次， 然后计算其平均值， 实验数据记录表4 中。注意：每次测量完，绕硅片中心旋转 90o，再下一次测量。探针台上放置样品，压下探针，使样品接通电流，主机此时显示电流数值。根据步骤 4 计算出的测试电流值， 调节电位器 W1 和 W2 得到所需的测试电流值，则数据显示屏上的数据就是所需的测量值。注意事项：（ 1）压下探头时，用力要适中，以免损坏探针；（ 2）使用游标卡尺、千分尺测量硅片直径和厚度时，用力要适中，以免损坏硅片，并且 注意有效数字 ；（ 3）做好仪器使用记录。五、问题与讨论1、数据处理表 1 样品直径和厚度D(mm) W(mm)1 2 3 均值表 2 修正因子与系数F(D/S) F(W/S) S Fsp表 3 电流 -电阻率 (注意单位！ )I ρ4 2. 说明方块电阻与电阻率的关系。3. 说明本实验中计算电流的作用。