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吉時(shí)利半導(dǎo)體電阻率的多種測(cè)量方法應(yīng)用與注意事項(xiàng)

更新時(shí)間:2014-04-28        閱讀量:3658
半導(dǎo)體電阻率的多種測(cè)量方法應(yīng)用與注意事項(xiàng)(2) 
技術(shù)類(lèi)別:測(cè)試測(cè)量 
 


測(cè)量電阻率的范德堡(vanderPauw)技術(shù)也采用恒流的方法。這種方法在測(cè)量非常小的樣品時(shí)特別有用,因?yàn)檫@時(shí)樣品的尺寸和接觸點(diǎn)的距離并不重要。這種技術(shù)采用在扁平的、任意形狀的樣品上放置四個(gè)隔離的接觸點(diǎn)。圍繞樣品進(jìn)行八次測(cè)量。如圖4-28所示。
然后計(jì)算兩個(gè)電阻率值ρA、ρB如下:

 

 
其中:ρA和ρB是以歐姆為單位的電阻率 
tS 是以厘米為單位的樣品的厚度 
V1-V8代表電壓表測(cè)量出的電壓 
I 是以安培為單位的流過(guò)樣品的電流 
fA和fB是基于樣品對(duì)稱性的幾何因數(shù),并與以下方程式所示的兩個(gè)電壓比QA和QB 有關(guān)(對(duì)于對(duì)稱性的情況,fA=fB=1)。 
QA和QB可以由測(cè)量出的電壓計(jì)算如下:

 

 
并且,Q和f的相互關(guān)系如下:

 

 

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此函數(shù)的曲線示于圖4-29。一旦決定了Q,就可以從這個(gè)曲線圖中找出f的數(shù)值。

 

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注意,如果ρA和ρB相互之間不在10%之內(nèi),那么該樣品就不夠均勻,不能準(zhǔn)確地確定電阻率,應(yīng)當(dāng)放棄使用這種方法。 
一旦知道了ρA和ρB則平均電阻率(ρAVG)就可以計(jì)算如下:

 

 
與四點(diǎn)同線探針?lè)ㄒ粯?,如果樣品電阻和電壓表的絕緣電阻(電壓表的公共端到地)是同一數(shù)量級(jí)的,就可能需要使用差分測(cè)量。如圖4-30a所示,共模電流可能流過(guò)樣品的4 和3端子之間。圖4-30b說(shuō)明使用單位增益緩沖器和差分測(cè)量如何能夠解決這個(gè)問(wèn)題。現(xiàn)在,在 4 和3 端子之間流過(guò)的共模電流非常小。 
圖4-31所示的系統(tǒng)使用吉時(shí)利公司的7065型霍爾效應(yīng)卡進(jìn)行van der Pauw測(cè)量。該系統(tǒng)包括下列儀器:7065型霍爾卡、2000型數(shù)字多用表、6220型電流源、6485型皮安計(jì)和7001型開(kāi)關(guān)系統(tǒng)。使用霍爾效應(yīng)卡將電流源和電壓表自動(dòng)切換到樣品的所有各邊。這樣就不再需要進(jìn)行4次連接和斷開(kāi)測(cè)試引線的工作。此外,該卡還具有內(nèi)置的單位增益緩沖器,很容易對(duì)高電阻率樣品進(jìn)行差分測(cè)量。如果再加上一個(gè)受控的磁場(chǎng),還能用這個(gè)系統(tǒng)來(lái)確定樣品的霍爾系數(shù)。

 

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4200-SCS型半導(dǎo)體特性測(cè)試系統(tǒng)能夠使用四點(diǎn)同線探針?lè)ɑ騰an der Pauw法測(cè)量電阻率。測(cè)量高電阻樣品需要使用輸入阻抗非常高 (>1014歐姆 )的電壓表和能夠輸出非常小電流( 1016歐姆 )、并能準(zhǔn)確地輸出弱電流,所以非常適合這種應(yīng)用工作。
可以用配置四個(gè)SMU和四個(gè)前置放大器的4200-SCS來(lái)進(jìn)行van der Pauw法的電阻率測(cè)量。每個(gè)SMU連到樣品的一邊,如圖4-32所示。交互測(cè)試軟件模塊(ITM)用來(lái)控制各個(gè)SMU的功能。

 

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通過(guò)交互式編程,每個(gè)SMU的功能都能自動(dòng)地改變?yōu)殡娏髟?、電壓表或者公共端,以便在樣品的各個(gè)邊上輸出電流和測(cè)量電壓。交互地改變每個(gè)SMU的功能就不需要使用外部的開(kāi)關(guān)將電流源和電壓表切換到樣品的各個(gè)端子上。

 

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吉時(shí)利公司4200-SCS測(cè)量van der Pauw電阻率的“方案”可以從吉時(shí)利公司獲得。圖4-33顯示出該方案的屏幕顯示情況。在這個(gè)例子中,SMU1配置為公共端,SMU2為電流偏置,SMU3和SMU4則配置為電壓表。 
還可以用一個(gè)電磁鐵與4200-SCS配合來(lái)確定霍爾系數(shù)。

  

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