四探针法测量硅材料电阻率及薄层电阻的应用研究开题报告

1. 研究目的与意义

1. 了解四探针测试仪的优点，在半导体研究/制造方面的应用及目前仪器的发展状况。

2. 熟悉半导体电阻率与杂质浓度的关系，薄层方块电阻在半导体制造工艺中的应用。

3. 学习论述四探针测量的结构特点，推导测试的数学表达式。

2. 国内外研究现状分析

四探针法是1861年由汤姆森首次提出的测试原理。它是材料学及半导体行业电学表征较常用的方法,其原理简单,能消除接触电阻影响,具有较高的测试精度。由厚块原理和薄层原理推导出计算公式,并经厚度、边缘效应和测试温度的修正即可得到精确测量值。据测试结构不同,四探针法可分为直线形、方形、范德堡和改进四探针法,其中直线四探针法最为常用,方形四探针多用于微区电阻测量。四探针法在半导体测量技术中已得到了广泛的应用，尤其近年来随着微电子技术的加速发展，四探针测试技术已经成为半导体生产工艺中应用最为广泛的工艺监控手段之一。

3. 研究的基本内容与计划

3.1 课题内容

1. 理解、论述四探针法测量半导体材料电阻率及薄层电阻的意义、原理及特点；

2. 在半导体制造工艺中电阻率及薄层电阻的概念以及和那些因素有关；

3. 掌握四探针仪的结构性能，介绍调试使用方法；

4. 通过（高、低电阻率/薄层电阻）样品测试，分析实验数据，验证仪器测量范围和测量精度；

5. 对标准4英寸硅片进行全片电阻率均匀性测量并分析结果；

6. 结合仪器说明书及D41-11E型高精度四探针仪使用心得，介绍仪器的操作方法。

　3.2 课题研究的实验步骤和实验条件

测试要求：

1. 测试104Ω.cm和10-3Ω.cm高、低电阻率样片，验证仪器在测量范围两端的性能指标。

2. 测量常规电阻率4英寸单面抛光片的电阻率均匀性。

3. 测量表面薄层电阻样品。

测试方法：首先连接四探针探头与D41-11E型高精度四探针仪主机，接上电源，再按以下步骤进行操作

4. 开启电脑主机电源开关，打开测量软件，设定有关参数，预热约5分钟；

5. 估计所测样品方块电阻或电阻率范围，按表1和表2选择电流量程，按下K₁、K₂、K₃、K₄中相应的键；（如无法估计样品方块电阻或电阻率的范围，则可以0.1mA量程进行测试，再以该测试值作为估计值按表1和表2选择电流量程。）

6. 根据样品及测试要求，确定测试电流，开始测试。

7. 放置样品，缓缓压下探针，使样品接通电流。主机此时显示电流数值。调节电位器W₁和W₂和相应的测试按纽，即可得到所需的测试电流值和数值结果。

8. 对于所给的硅材料分别测量其电阻率。

9. 对于同一个硅材料，选择软件中所需的均匀性测试法，分别测量多个点，自动计算生成硅材料表面电阻率不均匀度。

10. 对单面扩散和双面扩散的样品，分别测量其薄层电阻R_□。

11. 测试在东大完成。

3.3、课题研究进程：

4. 研究创新点

结合所学专业知识和专业技能，掌握四探针法测量电阻率和薄层电阻的原理及测量方法，会操作四探针仪进行相关测试分析。理论联系实际较系统地了解和掌握这方面知识。