在功率半导体行业,测量材料的电阻率或者膜层方块电阻至关重要,四探针测试法便在其中发挥着关键作用。四探针测试主要用于在生产过程中对硅片衬底、外延、扩散、离子注入、退火等工艺质量进行监控,例如外延生长电阻率监控、离子注入的均匀性和稳定性监控、扩散炉内部温度监控及金属层淀积厚度监控等。该测试方法具有设备简单、操作方便及测试准确稳定等优点,特别适合在生产过程中使用。
四探针测试的原理基于四根金属探针(1、2、3、4),它们以一定的距离(通常为 1mm)并排在一条直线上。在测试时,要求四根探针同时与样品表面接触,外侧的两根针 1、4 用来通电流,此时样品内部会产生电位差,而 2、3 针则用来测量 2、3 点间的电位差。根据 1、4 探针间的电流 I 和 2、3 探针间的电位差 V,就可以算出样品的电阻率,S 表示探针间距离。

为什么要用四根探针呢?这是因为金属探针与样品接触时会存在接触电阻,若使用两根探针同时测试电流与电压,这个接触电阻会影响测试准确性。而增加 2、3 探针,采用电位差计补偿法测量电压,就能有效消除接触电阻的影响。
在进行四探针测试时,有一些注意事项需要牢记。首先,样品的几何尺寸相比于探针间距,近似满足无限大,这就需要探针极尖,间距足够小。若不满足该条件,则需要对公式进行修正。其次,选择合适的电流 I 很重要。如果电流过大,会使样品发热,从而引起电阻率的变化;电流太小则会影响电压测试精度。在选择电流前,应先测量 V - I 关系曲线,把电流选在直线性较好的范围内,直线性好表示电阻率不随测量电流变化。,样品台要避免震动,具备防震或减震功能,以确保测试结果的准确性。

四探针测试在功率半导体行业的生产过程监控中具有不可替代的作用,深入了解其原理和测试注意事项,对于提高生产质量和效率有着重要意义。