半导体电阻率的测量.doc

半导体电阻率的测量半导体材料的电阻率，是判断材料掺杂浓度的一个主要参数，它反映了补偿后的杂质浓度，与半导体中的载流子浓度有直接关系。最早用来测量电阻率P的方法是用一个已知尺寸的矩形样品来测量电阻尺，直接利用=(VS)(IL)得到电阻率，但对于半导体材料，这样测量的电阻率将包括一个不可忽略的接触电阻项。金属探针与半导体相接触的地方有很大的接触电阻，这个电阻甚至远远超过半导体本身的体电阻。因此不能用直接法测量半导体材料的电阻率。常用的接触式测量半导体材料电阻率的方法主要有如下几种：两探针法；三探针法；四探针法；单探针扩展电阻法；范德堡法。在这篇文章中，我们将主要介绍各种测量半导体电阻率的方法。（一）两探针法两探针法的主要想法，是利用探针与体电阻直接接触，避免了与测试电阻的接触从而消除误差。试样为长条形或棒状，且视为电阻率均匀分布。利用高阻抗的电压计测量电阻上的电压从而得到流过半导体的电流，再利用电压计测得半导体上流过单位长度的电压压降，再测得长度L，从而得到=（V*S）/(I*L)，S为试样表面积。（二）三探针法三探针法适用于测量相同导电类型，低阻衬底的外延层材料的电阻率。该方法是利用金属探针与半导体材料接触处的反向电流电压特性、测定击穿时的电压来获得材料电阻率的知识的。金半接触反向偏置时，外电压几乎全部降在接触处，空间电荷区中电场很大，载流子在电场作用下与晶格原子发生碰撞电离。随着外电场增加，发生雪崩击穿，击穿电压与掺杂浓度有关，具体关系由经验公式给出，再根据电阻率与杂质浓度的关系图线，从而可以得到材料的电阻率。（三）四探针法直线四探针法是用针距约为1毫米的四根探针同时压在样品的平整表面上，。利用恒流源给l、4探针通以一个小电流，然后用高输入阻抗的电位差计、电子毫伏计或数字电压表测量电压。利用高阻值电压计测得2、3探针间的电压值，从而根据公式=V23 *C/I。C为探针系数是常数，I则为流过半导体的电流大小。四探针法比二探针法好，它可以测量样品沿径向分布的断面电阻率。（四）单探针拓展电阻法单探针扩展电阻法适用于测量体材料的微区均匀性及外延材料、多层结构或扩展层等材料的电阻率或电阻率分布。此法可以确定体积为10-10厘米3的区域的电阻率。这种方法是利用一根金属锇(或钨钴合金)尖探针来探测样品表面电阻率的。要求探针材料硬度大并且耐磨，样品正面要进行很好的机械抛光，样品背面要用大面积超声波焊接来制作欧姆接触。探针固定在探针臂系统上，使其与样品表面始终保持垂直。根据推算我们可以得到，Rs=V/I=/(2r0 ), r0 为针球面半径。实际上，对于脆性的半岛体材料，探针尖与样品表面的接触面的真正几何形状为一个半径为a的圆。此时=Rs/4a。a为有效接触点半径，它的计算与金属与半导体的杨氏弹性模量，在探针尖的压力有关。（五）范德堡法1958年范德堡出一种接触点位于晶体边缘的电阻率测量方法。该方法适用于厚度均匀、无孤立孔洞的片状样品。目前，砷化镓材料和硅外延衬底材料的测试多用此法。对于任意形状的片状样品，在其边缘处取四个接触点如图，AB垂直于CD。测量任意两接触点间的电流，如AC间的电流IAC，测量其余两接触点的电压VBD，则得到R1=VBD/IAC。同理再取一对组合得到R2.。根据范德堡推算出的公式，其中的函数为范德堡修正函数，可以通过查表得到。范德堡法的优点在于对于任意形状的半导体都可以进行测量，但是，测量的方法要求在边缘取点，这就导致了这个测量方法只能得到整体的电阻率，而不能测出微段区域的电阻率。