4金属薄膜电阻率的测量

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时间:2019-04-21

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1、..5金属薄膜电阻率的测量一.实验目的1.熟悉四探针法测量电阻率和薄层电阻的原理及测量方法。2.了解影响电阻率的测量的各种因素及改进措施。二.实验仪器RTS-5型双电测四探针测试仪三.实验原理双电测组合四探针法采用了以下二种组合的测量模式(见图1)将直线四探针垂直压在被测样品表面上分别进行I14V23和I13V24组合测量,测量过程如下:1.进行I14V23组合测量:电流I从1针→4针,从2、3针测得电压V23+;电流换向,I从4针→1针,从2、3针测得电压V23-;计算正反向测量平均值:V23=(V23++V

2、23-)/2;2.进行I13V24组合测量:电流I从1针→3针,从2、4针测得电压V24+;....电流换向,I从3针→1针,从2、4针测得电压V24-;计算正反向测量平均值:V24=(V24++V24-)/2;1.计算(V23/V24)值;(以上V23、V24均以mV为单位)2.按以下两公式计算几何修正因子K:若1.18<(V23/V24)≤1.38时;K=-14.696+25.173(V23/V24)-7.872(V23/V24)2;,(1)若1.10≤(V23/V24)≤1.18时;K=-15.85+26

3、.15(V23/V24)-7.872(V23/V24)2;,(2)3.计算方块电阻R□:R□=K·(V23/I)(单位:Ω/□);,(3)其中:I为测试电流,单位:mA;V23为从2、3针测得电压V23+和V23-的平均值,单位:mV;4.若已知样品厚度W,可按下式计算样品体电阻率ρ:ρ=R□·W·F(W/S)/10(单位:Ω.cm);,(4)其中:R□为方块电阻值,单位:Ω/□;W为样片厚度,单位:mm(W≤3mm);S为探针平均间距,单位:mm;F(W/S)为厚度修正系数;5.计算百分变化率(以测试样品电阻

4、率ρ为例):....ρM-ρm最大百分变化(%)=─────×100%,(5)ρm│ρa-ρc│平均百分变化(%)=─────────×100%,(6)ρc2(ρM-ρm)径向不均匀度E(%)=──────────×100%,(7)ρM+ρm以上式中:ρM、ρm分别为测量的电阻率最大值与最小值,单位:Ω.cm;ρc为第1、2点(即圆片中心测量点)测量平均值,单位:Ω.cm;ρa为除第1、2点外其余各点的测量平均值,单位:Ω.cm;(若测量样品的方块电阻值,则将(5)、(6)、(7)式中的ρM、ρm、ρa、ρc分

5、别改成RM、Rm、Ra、和Rc。其公式意义与ρM、ρm、ρa、ρc相似)。四.实验步骤1.将主机、探针测试台、四探针探头、计算机连接,开启主机,启动RTS-5双电测四探针软件测试系统2.放置样品于测试台,操作探针台压下探针,使样品接通电流3.选择对样品要进行的测试类别,及输入相关测试基本参数....1.执行【测量】功能→按弹出提示窗口调节主机电位器使主机电流显示为此值→按【确定】按钮继续测量执行【自动测量】功能→按弹出提示窗口调节主机电位器使主机电流显示为45.32μA→按【确定】按钮继续测量2.【实时采集两次

6、组合模式下的电压值】窗口实时显示两次组合模式下电压的正反向、平均值;【统计测试数据】窗口显示样品测试点的测量数据3.对测量数据进行打印、保存、生成EXCEL文件响电阻率测量的各种因素及改进措施1、环境温湿度一般材料的电阻值会随环境温度及湿度的升高而减小。所以相比较而言,表面电阻(率)对环境湿度比较敏感,而体电阻(率)则对温度较为敏感。湿度增加,表面泄漏增大,体电导电流也会增加。温度升高,载流子的运动速率加快,介质材料的吸收电流和电导电流会相应增加,据有关资料报道,一般介质在70C时的电阻值仅有20C时的10%。

7、因此,测量材料的电阻时,必须指明试样与环境达到平衡的温湿度。2、测试电压及电场强度介质材料的电阻(率)值一般不能在很宽的电压范围内保持不变,即欧姆定律对此并不适用。常温条件下,在较低的电压范围内,电导电流随外加电压的增加而线性增加,材料的电阻值保持不变。超过一定电压后,由于离子化运动加剧,电导电流的增加远比测试电压增加的快,材料呈现的电阻值迅速降低。由此可见,外加测试电压越高,材料的电阻值越低,以致在不同电压下测试得到的材料电阻值可能有较大的差别。值得注意的是,导致材料电阻值变化的决定因素是测试时的电场强度,而

8、不是测试电压。对相同的测试电压,若测试电极之间的距离不同,对材料电阻率的测试结果也将不同,正负电极之间的距离越小,测试值也越小。....3、测试时间用一定的直流电压对被测材料加压时,被测材料上的电流不是瞬时达到稳定值的,而是有一衰减过程。在加压的同时,流过较大的充电电流,接着是比较长时间缓慢减小的吸收电流,最后达到比较平稳的电导电流。被测电阻值越高,达到平衡的时间则越长。因此,测量时为

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