4探針法による測定

締切済

質問者：arektor
質問日時：2001/08/01 15:24
回答数：3件

4探針法による半導体の電気的測定の仕方を知っていたら教えていただきたいです。
教科書を見ても抵抗率の測定法については載っているのですがそれと同じような方法でいけるのでしょうか？
接触抵抗がなくなってより精度の高い測定ができるらしいのですが先生の話を聞いてもいまいちわかりません。
やはり探針の間隔とかは一定でないとまずいのでしょうか？
探針の間隔は抵抗率を調べるときのみ一定で電気的特性（C－V、I―Ｖ）の測定のときは電圧測定と電流測定が分かれていればいいのですか？
電気回路については初心者なので詳しく教えていただけるとありがたいです。
よろしくお願いします。

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回答 (3件)

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No.3

回答者： hirk
回答日時：2001/09/10 18:38

補足です。

当然と言えば当然ですが、温度による影響があります。
また、半導体の場合、光が当たると若干起電力が発生するので、光を当てないようにする必要があります。

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No.2

回答者： hirk
回答日時：2001/09/10 18:31

４探針法とは、測定原理は４端子法と同じですが、読んで字のごとく、針を接触させて測定します。

通常Ｓｉなどの表面に形成した導電層の抵抗（電気伝導率）を測定するために使用します。
Ｃ－ＶやＩ－Ｖ測定とは、ねらいが異なります。

もし実際に測定される場合のために、簡単に注意点を記述します。

測定の対象となる半導体は、多くの場合Ｓｉ等のウエハ（薄い板状）のもので、表面に針を接触させます。
サンプルによっては、針の先端形状や押し付ける圧力を上手く選んでやらないと、測定できない事が有ります。
また、針やサンプル表面が汚れたりすると、影響を受けます。

針の間隔が変わると補正をしなければ正しい測定は出来ません。
厳密に言えば、針を降ろすときに微妙に場所がずれたりしますが、これも影響します。

一般に４本の針は１ｍｍ程度の間隔で直線に配置されますが、どの２本の組み合わせで測定するかによって
測定結果が変わります。

さらに、針を接触させる場所による補正が必要です。
電流は２針の間を３次元的に広がり流れますが、測定サンプルの端を測定すると、流れが歪められるため、
正しい値が得られません。
一般に位置補正として計算で求めますが、上記の測定する針の組み合わせを変えた結果から補正する方法もあるようです。
（表面に形成した導電層の抵抗を測定する場合には、主に表面を２次元的に流れます。）
（流れは、丁度Ｎ極からＳ極に磁力線を引くような感じです。）

Ｓｉウエハ等の測定では、測定結果は通常 Ω／ｃｍ２となります。
ごく表面の伝導層に流れた電流を測定しているわけです。
この測定結果に、伝導層の厚みを掛けると、抵抗率（Ω／ｃｍ）が求まります。

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No.1

回答者： ymmasayan
回答日時：2001/08/02 20:37

４探針法というのは電気抵抗測定時に接触抵抗の影響を排除する４端子法と同じものだと思います。

過去に質問があり、私が答えましたので、それをご覧下さい。ねじ止めを探針に置き換えて読んでもらえばまったく同じだと思います。
わかりにくいところがあれば、再質問にお答えします。

参考URL：http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=51283

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Qついでに。。。

接触抵抗ってどういうことなのかよくわかってません。
本とかで読んだのですが、さっぱりわからなくて。。。
（あほな私ですので。。。）

抵抗の４端子法では、２端子法と違い接触抵抗が小さいといわれても
なんかピンとこないんです。。。
丁寧に教えていただければうれしいのですが。。。

Aベストアンサー

物体と物体が接触している面は距離はゼロですが電気抵抗は
ゼロでは有りません。表面のざらざらや、錆、汚れ、その他
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ければ接触抵抗が小さくなるのは当然です。

次に長い金属棒の抵抗を測る事を考えます。
金属棒の両端に穴をあけ、ネジで電線をとめて、電流を流して
両端の電圧を測り抵抗を計算すると、抵抗値は
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Aベストアンサー

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その厚さがｄでよいでしょう．
でも，一般には表面だけでなくて内部も電気伝導はありますね．
そうすると，電気抵抗の違うものが並列に入っているのと同じ状況ですから，
単に電気抵抗測定だけからは表面分と内部分は分離できません．
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Pauw方は詳しくないのですが、やはり電極の面積分は同じようにショートすることになりますから、あまり大きくし過ぎない方が望ましいと思います。Pauw法は４カ所の電極を設けますし、10mm角の試料に直径5mmの電極はいくらんなんでも大きいと思いますよ。電極同士で接触しちゃいません？（笑）
どういう形状の試料、材質か分かりませんが、機械的接触や導電性ペーストを使えば、電極は1,2mmで十分なはずです。
それに、どの測定法を使っても、電極から流れ込んだ電流は直ぐに試料内に均一に拡散する（と想定している？）ので、導電性の良い電極は、よほど小さい（ミクロンオーダー）サイズにしない限り測定電流の制限に影響しませんよ。測定試料の抵抗が高ければ、測定電流は少ないのでなおさら電極の大きさの心配は不要です。
最後に抵抗率に関してですが、測定するのは「抵抗」であって「抵抗率」ではないことに注意してください。抵抗率は、測定した抵抗値に測定試料の大きさの換算を行って、対象試料の固有の物性値として算出するものです。例えば、10cm角1cm長さの抵抗率1kオームcmの試料の抵抗は10オームですが、0.1mm角で10cm長さの抵抗率1オームcmの試料の抵抗は100kオームになってしまいます。測定可能な抵抗値ですが、私の経験では、上述のように通常の直流電源と電圧計の組み合わせでメガオーム程度、エレクトロメーターを使って100Gオーム程度が直流測定可能だと思います。それ以上の抵抗は交流法が適当だと思います。
抵抗率そのものに特に上限も下限も有りません。通常の半導体で10～1mオームcm程度、金属で1m～1マイクロオームcm程度です。

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この３点よろしくお願い致します。

Aベストアンサー

４端子測定法というのは、電圧計に流れる電流による誤差を減らすための
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　Ｅ = hc/λ[J]
　　 = hc/eλ[eV]
となります。
波長が nm 単位なら　Ｅ = hc×10^9/eλ　です。
あとは、
　h = 6.626*10^-34[J・s]
　e = 1.602*10^-19[C]
　c = 2.998*10^8[m/s]
などの値より、
　E≒1240/λ[eV]
となります。

＞例えば540nmでは2.33eVになると論文には書いてあるのですが
＞合っているのでしょうか？
λに 540[nm] を代入すると
　E = 1240/540 = 2.30[eV]
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是非、ご回答、よろしくお願いいたします。

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というのはナンセンスです。
　NとPaの関係は、
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「30 NをPaを使って表せ」
というのならば、
30 N = 30 Pa・m^2
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圧力 = 力/面積
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Pa = N/m^2
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パラメータ
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q=1.6×10^-19
Eg=1.12
k=1.38×10^-23
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