 |
Четырехзондовый метод измерения электропроводности пленок
|
|
|
|
Наиболее распространенным методом определения удельного сопротивления полупроводников является четырехзондовый метод. Он относится к группе измерений с присоединением к образцу токопроводящих или измерительных контактов. Этот метод позволяет учесть влияния размеров и форм образца на результаты измерений. Методика измерения удельного сопротивления четырехзондовым методом обеспечивает учет и компенсацию дополнительной разности потенциалов, которая возникает при контакте измерительного зонда с полупроводником и может оказать влияние на результаты измерений.
Рассмотрим четырехзондовый метод измерения удельного сопротивления применительно к полубесконечному образцу полупроводника, ограниченного плоской поверхностью. На эту поверхность, перпендикулярно к ней, помещают 4 тонких остро заточенных металлических зонда (рис.1).
|
Рис. 1. Электрическая схема измерения удельного и поверхностного сопротивления 4-зондовым методом ИТ – источник тока, U – вольтметр
Все четыре зонда расположены на одной прямой. Через внешние зонды 1 и 4 пропускают электрический ток от источника тока ИТ, а между зондами 2 и 3 вольтметром V измеряют разность потенциалов. Зная J14 и U23, нетрудно найти значение удельного сопротивления. Действительно, в предположении полубесконечности образца каждый зонд создает вокруг себя сферическое поле. В любой точке на поверхности полусферы радиуса r плотность тока, напряженность поля и потенциал, поэтому, будут
Разность потенциалов между зондами 2 и 3 должна учитывать влияние поля крайних зондов. Поэтому
Если S1=S2=S3=S, то 
.
Чувствительность данного метода по напряжению dU/dρ пропорциональна току и обратно пропорциональна Sэкв.. Ток через образец увеличивать нежелательно (из-за термоэлектрических эффектов при нагревании образца U23 может быть искажено), поэтому для увеличения чувствительности можно увеличивать S2, уменьшая S1 и S3.
|
|
|
Обычно при измерениях удельного сопротивления всегда наблюдается некоторый градиент температуры вдоль образца, который вызывает появление термоэдс ΔU на измерительных зондах. Так как величина и направление термоэдс в течение достаточно большого времени остаются постоянными, её влияние можно исключить, измеряя напряжение между зондами 2 и 3 при 2-х различных направлениях тока через образец.
Вопросы к допуску:
1. От чего зависит проводимость полупроводников?
2. Сущность четырёхзондового метода определения проводимости?
3. Порядок и особенности проведения измерений на установке?
Рекомендации к выполнению
Для каждого из образцов необходимо произвести по 20 измерений. Выходные данные, записываемые в файл, имеют следующую структуру:
| Общая информация: геометрия образца, температура в помещении, дата проведения эксперимента | ||
| RS, Ом·см·см | ±,% | Время |
В первой колонке приведено значение удельного электрического сопротивления в данной точке. Во второй колонке приведено относительное изменение УЭС при различной полярности тока в процентах к среднему значению УЭС. Данные заполняют таблицу таким образом, что хронологически первое измерение оказывается в конце таблицы.
Вспомните, в каких случаях для полупроводниковой структуры имеет значение направление протекания тока!
1. Измерьте удельное поверхностное сопротивление эталонных кремниевых пластин в одной точке (20 измерений). Одна из пластин легирована.
2. Определите на основе экспериментальных данных, какая именно из пластин легирована и проведите измерения ещё в двух точках для нелегированного образца.
|
|
|
3. Измерьте УЭС для образцов из УНТ в трёх точках.
4. Все результаты измерения для каждого образца представьте графически (в виде точек, при этом для каждой серии точек подберите такой способ отображения, чтобы они были различимы). При построении диаграммы на осях абсцисс откладываются номера экспериментальных точек в их хронологическом порядке, по осям ординат - значения УЭС.
Контрольные вопросы и задачи
Проанализируйте данные и дайте характеристику образцов:
1. Существует ли какая-то стойкая хронологическая динамика сопротивления образца (на примере одной из точек на поверхности образца)? Если да, то, насколько она велика и с чем может быть связана? Сравните данные для СУНТ и кремниевой нелегированной пластины.
2. Сравните данные, полученные в различных точках на одном и том же образце. Насколько сильно они отличаются? Сравните это различие для эталонной нелегированной пластины и УНТ.
3. Можно ли говорить о том, что в образцах УНТ имеются существенные n-p или p-n переходы, существенная доля легандов?
4. Составьте краткий конспект о погрешности экспериментальных измерений. Погрешности экспериментальных измерений, причины и виды.
Дайте определение среднеквадратической погрешности.
Список литературы
1. Елисеев А.А., Лукашин А.В. Функциональные наноматериалы. / Под ред. Ю.Д. Третьякова. – М.: ФИЗМАТЛИТ. 2010. - 452 с.
2. Евдокимов А.А. и др. (под ред. А.С. Сигалова) Получение и исследование нано-структур: лабораторный практикум по нанотехнологиям – / М: БИНОМ Лабора-тория знаний, 2010. – 146 с.
3. Суздалев И.П. Нанотехнологии: Физико-химия нанокластеров, нано-структур и наноматериалов. – Эдиториал УРСС. 2006.
Дополнительная
1. Л.П. Павлов. Методы определения основных параметров полупровод-
никовых материалов. Москва: - Высшая школа, 1987. - 239 с.
2. Техническое описание прибора «4-х зондовый измеритель сопротивления «ВИК-УЭС — 24». Москва. РИИС. – 2010.
|
|
|
