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介紹
該協議基於以下資訊：http://web.archive.org/web/20100729045712/http://mitghmr.spd.louisville.edu/sops/sop45.html。然而，它與我們實驗室中四點探針電阻率和電導率程序通常使用的協議相同。
有關電阻率測量基礎的更多信息，請訪問：
- http://en.wikipedia.org/wiki/Sheet_resistance，
- http://four-point-probes.com/sheet-resistance-and-the-calculation-of-resistivity-or-thickness-relative-to-semiconductor-applications/
- 半導體材料和裝置表徵，第二版。施羅德。杜蘭特[1]
| 四點探頭設置 |
|---|
標準操作程序 (SOP)：四點電阻率和電導率類型測量
目的：
- 使用四點探針、電流源和數位萬用電錶 (DMM) 測定基板或薄膜的電阻率。
此 SOP 還使用四點探頭和單獨的函數產生器和數位萬用電表測定電導率。
一般說明與注意事項：探頭尖端是四點探頭非常關鍵的部分，使用設備時應格外小心。探針尖端使用兩種不同的材料。碳化鎢是一種晶體材料，非常堅硬且有些脆。如果在探針臂向下時水平移動晶圓，碳化鎢尖端往往會折成小碎片。第二種材料鋨也是一種硬質材料，但不會碎裂。如果處理不當，整個尖端可能會斷裂。鋨尖端的成本比碳化鎢高，是洛杉磯大學四點探針系統中使用的那種。
準備：
- 1.按下紅色電源開關開啟 Keithley 220 電流源和 196 DMM，預熱 1-2 小時。參見圖_1。
| 電流源和數位萬用電表 |
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- 2.將測試樣品放在聚四氟乙烯盤上，並將樣品置於探頭下方的中心。將樣本居中消除了對下面討論的校正因子之外的校正因子的需要。
- 3. 順時針移動頂桿以降低探頭。如果探頭尖端與樣品接觸不良，則必須調整探頭臂。透過到達四點探頭下方並旋轉調整旋鈕即可輕鬆完成此操作。降低探頭頭，直到探頭尖端接觸樣品並壓入塑膠頭的大約一半。
- 4. 逆時針移動頂桿，升起探頭。[參考文獻1]
- 5.確保設備按照原理圖電阻率列中的指示進行連接（如下所示並連接到四點探頭的側面）。此示意圖顯示了四點探頭背面的母香蕉插頭如何連接到探頭尖端。引線已貼上標籤以符合原理圖。
電阻率理論：
四點探頭優於兩點探頭，因為無法測量與兩點探頭相關的接觸電阻和擴展電阻。這意味著無法準確地將真實的方塊電阻與測量的電阻分開。四點探頭由兩個載流探頭（1 和 4）和兩個電壓測量探頭（2 和 3）組成（參見原理圖）。由於與電壓探頭相關的接觸電阻和擴展電阻非常小，因此可以獲得相當準確的薄層電阻計算結果，然後用於計算電阻率。具有相等探針間距 (s) 的半無限晶片的電阻率 (p) 由下式給出：
由於晶片的範圍不是半無限的，因此必須將校正因子的組合乘以該等式的右側。透過遵循以下過程，可以消除對其中許多因素的需求。仍然需要的校正因子以及方塊電阻和電阻率公式的最終形式在下面的過程部分中給出。[參考2]
電阻率程序：
- 1. 順時針完全移動頂部控制桿，注意探針尖端與樣品接觸。
- 2. DMM 應該在 DCV 模式下上電，如果沒有按下功能面板上的 DCV 按鈕。
- 3. DMM 應處於 AUTO 模式，如果沒有按下 Range 面板上的 AUTO 按鈕。
- 4. 在電流源上按下 SOURCE，按資料鈕 EXPONENT 輸入所需電流，然後按 ENTER。顯示幕應顯示所需的電流。電流範圍為 20 µA 至 101 mA。良好的啟動電流為 4.53 mA。
- 5. 按 OUTPUT/OPERATE 將此電流施加到樣品。
- 6. 有時V-LIMIT LED 會閃爍，發生這種情況時需要增加V-LIMIT。（預設 V-LIMIT 為 3 V。）若要增加電壓限制，請按 V-LIMIT，按資料鍵輸入電壓（1 至 105 伏特），然後按 ENTER。按下 SOURCE 顯示電流。如果 LED 仍然閃爍，請嘗試降低電流。僅將其設為必要的低值，因為過低的電流（低 uA 範圍）會給出不準確的讀數
- 7. 讀取數位萬用電表上顯示的電壓。
- 8. 若要停止電流，請按輸出/操作按鈕。
- 9. 逆時針移動頂桿，升起探頭。從四點探針台中取出樣本。
- 10. 方塊電阻由下式給出：
其中 p 是電阻率，t 是樣品的厚度，CF1 是薄層電阻校正因子，取決於晶圓直徑 (d) 和探針尖端間距 (s)。
對於 UofL 設置，s 等於 62.5 mil。如果 d/s 的比率大於 40，則方塊電阻校正因子穩定在 4.5324。如果該比率小於 40，請使用下表 [3] 來確定適當的修正係數。在長方形柱中，數字是指長寬比，長度是兩邊中較長的一個。矩形4列是指大於或等於4的比率。在決定校正係數時，矩形樣品應以長度平行於探頭尖端進行測試，寬度應取為d。s 是探針尖端之間的間距（對於 U of L 設定為 62.5 mils，CF2 是電阻率校正因子。CF2 在下表中給出。對於 t 遠小於 s 的情況（小於 s 的 4/10） ), CF2 簡單地等於1。[參考1] 注意：上述方程式和表格僅對擴散到樣品一側的結點有效。化學源會擴散兩側，這意味著必須移除背面以使用這些因素，或者必須使用不同的因素。
| CF1(d/s) | 圓圈 | 方塊 | 長方形長/寬=2 | 長方形長/寬=3 | 長方形長/寬=4 |
| 1.0 | 0.9988 | 0.9994 | |||
| 1.25 | 1.2467 | 1.2248 | |||
| 1.5 | 1.4788 | 1.4893 | 1.4893 | ||
| 1.75 | 1.7196 | 1.7238 | 1.7238 | ||
| 2.0 | 1.9475 | 1.9475 | 1.9475 | ||
| 2.5 | 2.3532 | 2.3541 | 2.3541 | ||
| 3.0 | 2.2662 | 2.4575 | 2.7000 | 2.7005 | 2.7005 |
| 4.0 | 2.9289 | 3.1127 | 3.2246 | 3.2248 | 3.2248 |
| 5.0 | 3.3625 | 3.5098 | 3.5749 | 3.5750 | 3.5750 |
| 7.5 | 3.9273 | 4.0095 | 4.0361 | 4.0362 | 4.0362 |
| 10.0 | 4.1716 | 4.2209 | 4.2357 | 4.2357 | 4.2357 |
| 15.0 | 4.3646 | 4.3882 | 4.3947 | 4.3947 | 4.3947 |
| 20.0 | 4.4364 | 4.4516 | 4.4553 | 4.4553 | 4.4553 |
| 32.0 | 4.4791 | 4.4878 | 4.4899 | 4.4899 | 4.4899 |
| 40.0 | 4.5076 | 4.5120 | 4.5129 | 4.5129 | 4.5129 |
| 無窮 | 4.5324 | 4.5324 | 4.5325 | 4.5325 | 4.5324 |
| CF2(噸/秒) | F（噸/秒） |
| < 0.4 | 1.000 |
| 0.400 | 0.9995 |
| 0.500 | 0.9974 |
| 0.555 | 0.9948 |
| 0.625 | 0.9896 |
| 0.714 | 0.9798 |
| 0.833 | 0.9600 |
| 1.000 | 0.9214 |
| 1.111 | 0.8907 |
| 1.250 | 0.8490 |
| 1.429 | 0.7938 |
| 1.667 | 0.7225 |
| 2.000 | 0.6336 |
電導率類型理論：
四點探頭可用於透過使用整流方法來確定電導率類型。透過這種方法，「電導率的符號由半導體點接觸處的整流交流訊號的極性決定。當使用兩個探針時，一個應該是整流的，另一個應該是歐姆的。電流流過整流器如果金屬為正極，則與n 型材料接觸；如果金屬為負極，則與p 型材料接觸。使用兩點接觸很難實現整流和歐姆接觸。幸運的是，可以使用四點探針進行適當的連接，不需要歐姆接觸在探針1 和2 之間施加交流電壓，並測量探針4 和2 之間產生的電位。當探針2 處的交流電壓為正時，壓降V42 很小，因為金屬-半導體接面處於正向偏壓。但對於探針2 處的負電壓，該結是反向偏壓的；V42 較大且為正。較大的正交流V42 和較小的負交流V42 會產生一個直流分量，此分量具有反向偏壓該接面所需的半導體-金屬結電壓的極性。對於 n 型，V42 大於 0，對於 p 型，V42 小於 0。」[參考 2]
電導率類型程序：
- 1. 從四點探頭單元背面斷開 Keithley 單元與探頭之間的引線。
- 2. 連接函數產生器和數位萬用電表的引線，如原理圖的導電類型列所示。
- 3. 開啟函數產生器和DMM，並在函數產生器上設定訊號。幅度旋鈕設定在中點的 1 kHz 正弦曲線應該沒問題。DMM 應設定為測量直流電壓。
- 4. 依照與電阻率程序中所述相同的方式設定樣品。
- 5. 如果DMM 顯示正電壓，則樣品為n 型，負電壓表示p 型，不論電壓大小。
- 6. 由於該站更常用於電阻率測試，因此在離開該站之前應根據原理圖的電阻率欄恢復所有連接。
快速參考
' 4 點探針電阻測量
- - 打開電源
-100V
- 2mA = 2 指數 3，然後按 Enter 鍵
- 打開電壓表
-“操作”以開啟電流
- V限位燈閃爍
- 當探頭接觸樣品時，V-limit 燈停止閃爍
移動樣品：
- 升高探頭-用鑷子移動樣品- 開啟“操作”
- V限位閃爍
- 當探頭接觸樣品時，V-limit 停止閃爍
- 如果「V-limit」燈持續閃爍並顯示電壓，則數據不可靠
- 快速測量，否則會燃燒樣品