半導體電阻率的多種測量方法應用與注意事項

　　半導體電阻率的多種測量方法應用與注意事項依據摻雜水平的不同，半導體材料可能有很高的電阻率。有幾種因素可能會使測量這些材料電阻率的工作復雜化，其中包括與材料實現良好接觸的問題。已經設計出專門的探頭來測量半導體晶圓片和半導體棒的電阻率。這些探頭通常使用硬金屬，如鎢來制作，并將其磨成一個探針。在這種情況下接觸電阻非常高，所以應當使用四點同線（collinear）探針或者四線隔離探針。其中兩個探針提供恒定的電流，而另外兩個探針測量一部分樣品上的電壓降。利用被測電阻的幾何尺寸因素，就可以計算出電阻率。 看起來這種測量可能是直截了當的，但還是有一些問題需要加以注意。對探針和測量引線進行良好的屏蔽是非常重要的，其理由有三點： 1 電路涉及高阻抗，所以容易受到靜電干擾。 2 半導體材料上的接觸點能夠產生二極管效應，從而對吸收的信號進行整流，并將其作為直流偏置顯示出來。 3 材料通常對光敏感。 四探針技術 四點同線探針電阻率測量技術用四個等距離的探針和未知電阻的材料接觸。此探針陣列放在材料的中央。圖4-25是這種技術的圖示。

　　已知的電流流過兩個外部的探針，而用兩個內部的探針測量電壓。電阻率計算如下： 其中：V = 測量出的電壓（伏特） I = 所加的電流（安培） t = 晶圓片的厚度（厘米） k = 由探頭與晶圓片直徑之比和晶圓片厚度與探頭分開距離之比決定的修正因數。

　　如圖4-26所示，更實際的電路還包括每個探針的接觸電阻和分布電阻（r1到r4）、電流源和電壓表從其LO端到大地的有限的電阻（RC和RV）和電壓表的輸入電阻（RIN）。依據材料的不同，接觸電阻（r）可能會比被測電阻（R2）高300倍或更高。這就要求電流源具有比通常期望數值高得多的鉗位電壓，而電壓表則必須具有高得多的輸入電阻。

　　電流源不是與大地完全隔離的，所以當樣品的電阻增加時，就更需要使用差分式靜電計。存在問題的原因是樣品可能具有非常高的電阻（108Ω或更高），此數值和靜電計電壓表的絕緣電阻（輸入LO端到殼地，RV）具有相同的數量級。如圖4-26所示，這樣就會有交流電流從電流源的LO端，經過樣品，流到電壓表的LO端，再流回地。當電壓表測量探頭2和探頭3之間的電壓降時，該交流電流在r3上產生的電壓降就會引起錯誤的結果。