半导体常规电学参数测试分析.ppt

第一章硅单晶常规电学参数的测试1.1半导体硅单晶导电型号的测量二、导电类型的测量方法三、冷热探笔法2、温差电动势、及电流的产生：（b）P型半导体
3、导电类型的判定冷探笔STY-2仪器的优点
1）插好背板上的电源线，并与～220V插座相接；将热笔、冷笔与面板上4芯、3芯插座相接。
2）打开仪器面板左下角的电源开关，电源指示灯及热笔加热灯亮。10分钟左右热笔达到工作温度时，保温（绿）灯亮，即可进行型号测量。热探笔随后自动进入保温→加热→保温→…循环，温度保持在40-60℃（国标及国际标准规定的温度）。
3）先将热笔在被测单晶面上放稳，后将冷笔点压在单晶上，液晶显示器即显示型号（N或P）。
4）测量电阻率较高的单晶时，请将N型调零电位器P型调零电位器调近临界点（逆时针旋转），以便提高仪器的测量灵敏度。
5）在P型、N型显示不稳定时，以多次能重复的测量结果为准。
6）测量时握笔的手不要与被测单晶接触，以免人体感应影响测量结果。
如图所示，在样品上压上三个探针，针距在范围。在探针1和探针2之间接上交流电源，在探针2和探针3之间接上检流计。根据检流计的指针偏转的方向来判断晶体的导电类型。测试原理：以N型半导体为例，如图所示：

得到外加电压和u2u2′的波形图如为P型材料，则同理分析，电压u2u2′有负的直流分量，在探针2,3的电路中，电流由2′→3′STY-3----热探笔及整流导电类型测试方法设计的导电类型鉴别仪
五、冷热探笔法和三探针法的测准因素分析
1、冷热探笔法的测量范围：1000Ω.cm以下，三探针法为1-1000Ω.cm。
2、表面要求：无反型层、无氧化层，清洁无污；对表面进行喷砂或研磨处理；（不要用未处理的表面或腐蚀、抛光的表面)
3、用冷热探笔测量时，保证热探笔不能太高（40-60℃），并不断交换冷热探笔的位置（欧姆接触，探笔触头60°，In或Pb）。
4、三探针法：探针接触压力小，探针接触半径不大于50μm，。
5、避免电磁场的干扰。1.2半导体硅单晶电阻率的测量二、电阻率的测试方法
按照测量仪器分类：

1、接触法：

2、无接触法：三、两种典型的测量方法
1、两探针法
（1）一般金属测试电阻率：
如果用以上装置来测量半导体的电阻率，由于导线与样品之间存在很大的接触电阻，其有效电路图如图所示：

（2）两探针法电阻率的基本原理
如图所示，在样品两端通以电流，并在样品的电流回路上串联一个标准电阻Rs，利用高阻抗输入的电压表或电位差计测量电阻上的电压降Vs，计算出流经半导体样品中的电流：然后依靠两个靠弹簧压紧的探针在半导体样品的长度测量A、B两点的电压降VT,并测量出该两点之间的距离L。因此，可得样品的电阻率：电位差计测量两探针之间的电压降VT，其有效电路如图所示：由上图可得

且有

因此电位差计测得的电压UT为：

用电位差计测量电压降：当电位差计处于平衡时，流经电位差计被测电路线电流为0，即

所以有（3）两探针法测试仪器（kDY-2）2）主要参数
可测硅晶体电阻率：0.005-50000Ω•cm可测硅棒尺寸：最大长度300mm；直径20mm探针针距：1.59mm；探针直径Φ0.8mm
探针材料：硬质合金（WC）电阻测量误差：≤0.3%3）特点
a、测试范围广。
b、测试精度高。
c、即可测单晶硅，也可测多晶硅（硅芯测试）。
d、要求样品形状规则。
e、需焊接电极。
（4）两探针法测准条件：

a、探针头的接触半径保持在25μm；
b、样品表面经喷砂或研磨处理；
c、通电流的两端面接触为欧姆接触，用镀镍或镀铜或超声波焊接；
d、样品电流不易过大，E≤1V/cm,测量低阻单晶时注意电流不能过大，避免热效应。（样品的电阻率会随着温度的升高而升高）2、四探针法
（1）四探针法测电阻率的示意图和计算公式
如图所示，将距离为1mm的四根探针压在样品上，并对外面两根探针通以恒流电流，在中间两根探针连接电位差计测量其电压降，然后根据以下公式进行计算：

C---四探针的探针系数（2）四探针法测电阻率的基本原理
假设半导体样品为半无穷大，且在此平面上有一点电流源，如图所示，则在以点电流源为球心的任一半径（r）的半球面上，任一点的电流密度相等为：由于P点的电流密度与该点的电场强度E存在以下关系：

因此，由以上两式得

设无穷远处电位为0（电流流入半导体），则P点处的电位可以表示为

如图所示，四个探针位于样品中央，如果电流从探针1流入，探针4流出，则可以把探针1和4认为是两个点电流源。则，根据叠加原理及以上半球面的电位公式得到探针2,3的电位分别为

因此，探针2,3之间的电位差为

由上式可得样品的电阻率为
若四个探针在同一直线上，间距分别为s1,s2,s3如图所示，则有

若s1=s2=s