四探針法

四探針法是測量擴散層薄層電阻的最通常的方法。用四個等距的金屬探針接觸硅表面，外邊的兩令探針通直流電流I，中間兩個探針之間的電壓降V由電位差計測量。由所測得的電流I和電壓V，利用關於樣品和探針幾何結構的適當校正因子，可以直接換算成薄層電阻。

與四探針法相比，傳統的二探針法更方便些，因為它只需要操作兩個探針，但是處理二探針法得到的數據卻很複雜。如圖一，電阻兩端有兩個探針接觸，每個接觸點既測量電阻兩端的電流值，也測量了電阻兩端的電壓值。

我們希望確定所測量的電阻器的電阻值，總電阻值：

；

其中RW是導線電阻，RC是接觸電阻，RDUT是所要測量的電阻器的電阻，顯然用這種方法不能確定RDUT的值。矯正的辦法就是使用四點接觸法，即四探針法。如圖二，電流的路徑與圖一中相同，但是測量電壓使用的是另外兩個接觸點。儘管電壓計測量的電壓也包含了導線電壓和接觸電壓，但由於電壓計的內阻很大，通過電壓計的電流非常小，因此，導線電壓與接觸電壓可以忽略不計，測量的電壓值基本上等於電阻器兩端的電壓值。

通過採用四探針法取代二探針法，儘管電流所走的路徑是一樣的，但由於消除掉了寄生壓降，使得測量變得精確了。四探針法在Lord Kelvin使用之後，變得十分普及，命名為四探針法。

用直流四探針法測量電阻率時，必須滿足以下測試條件：

1、測量區域的電阻率應是均勻的。為此針距不宜過大，一般採用1mm左右較適宜。

2、四根探針應處於同一平面的同一條直線上，因此樣品表面應平整。

3、四探針與試樣應有良好的歐姆接觸。因此探針應當比較尖，與樣品的接觸點應為半球形，使電流入射狀發散（或匯攏），且接觸半徑應遠遠小於針距。要求針尖可壓痕的線度必須小於100m，針尖應有一定壓力，一般取20N為宜。

4、電流通過樣品時不應引起樣品的電導率發生變化。因為由探針流入到半導體樣品中的電流往往是以少子方式注人的。例如n型材料樣品，電流往往不以電子（多子）從樣品流出進入到探針，而是以空穴（少子）向n型樣品注入。這種少子注入效應隨電流密度增加而加強，當電流密度較大時，注入到樣品的少子濃度就可以大大增加，以致使樣品在測量道區域的電導率增加，這樣測量出的電阻率就不能代表樣品的實際電阻率。因此，應在小注入弱電場情況下進行測量，具體地說，樣品中的電場強度E應小於。

5、上面提到的少子注入效應，一方面與電流密度有關；另一方面還與注入處的表面狀況和樣品本身電阻率有關。因為注入進去的少子是非平衡載流子，依靠雜質能級和表面複合中心與多子相複合，因此如果材料本身的電阻率低，那麼非平衡少子壽命也低。若表面又經過粗磨或噴砂處理，產生很多複合中心，這樣注入到樣品中的少子就在探針與樣品接觸點附近很快複合掉，減小了少子對測量區電導率的影響，從而保證電阻率測量的正確性。

1、光照可能嚴重影響觀察電阻率，特別是近似本徵材料。因此所有測試應在暗室進行，除非是待測樣品對周圍的光不敏感。

2、當儀器放在高頻干擾源附近時，測試迴路中會引入虛假電流。因此儀器要有電磁屏蔽。

3、試樣中電場強度不能過大，以避免少數載流子注入。如果使用的電流適當，則用該電流的兩倍或一半時，引起電阻率的變化應小於0.5%。

4、由於電阻率受溫度影響，一般測試適用溫度為。

5、對於厚度對測試的影響，一般測量用戶可以根據實際需要確定厚度的要求偏差。

6、由於探針壓力對測量結果有影響，測量時應選擇合適的探針壓力。

7、仲裁測量時選擇探針間距為1.59mm，非仲裁測量可選擇其他探針間距。