{ EECS 143: Four-Point Probe Manual }

4Point Probe Manual

  1. 소개

    4-point probe의 목적은 반도체 물질의 저항을 측정하는 것입니다. 이것은 부피나 박막의 저항치를 측정합니다.

    EECS 143 LAB에서 설치하는 4-point probe  는 제한된 반경을 가지고, 일정한 간격으로 위치한 텅스텐 팁으로 이루어져 있습니다. 각 팁은 샘플의 손상을 줄이기 위하여 팁의 반대편에 스프링으로 지지되고 있습니다. 4개의 금속 팁은 측정하는 동안 상하로 움직이는 오토 미케니컬 스테이지의 한부분입니다.  높은 임피던스의 전류원이 바깥쪽 두 개의 프로브를 통해서 공급되며, 샘플의 저항치를 측정하기 위해서 안쪽의 두 개의 프로브의 전압을 측정합니다. 보통 프로브의 간격은 1mm 입니다.

     

    Figure 1. 4-point probe configuration

  2. 이론
    1. Bulk Sample
    2.  

      이 논리의 전개에 있어서, 메탈팁은 무한소이고 샘플은 양방향으로 어느정도 한정되어 있다고 가정한다.샘플의 두께가 프로브 간격보다 무한히 큰 벌크 샘플에 있어서(t>>s),  바깥의 프로브 팁에서 발산되어 나오는 전류는 구형이라고 가정한다, 미분 저항치는

      안쪽 프로브 팁 사이에 대하여 적분을 하면(여기서 전압을 측정하여)

      여기에서 프로브 간격을 일정하게  s 라고 한다. 바깥쪽 두팁에서 전류가 겹치므로, R = V/2 이다. 이럴 게 벌크 저항치를 얻을 수 있다.I

                                                                                 

    3. Thin Sheet (박막)

      대단히 얇은 박막에서 (thickness t << s), 전류의 링은 구형 대신 원형이기 때문에 면적은 이다.

      그리하여.

      연속적으로 R = V/2에 대하여I, 표면저항( sheet resistivity)는

      프로브 간격 s에 무관하다는 것에 주의할 필요가 있다. 더욱 후자의 방정식은 P-타입 영역에 확산된 N+같은 반도체 영역의 특성을 확인하는데에 사용한다. 일반적으로 표면저항( sheet resistivity) 은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

      여기에서 상수 k 는 geometric factor이며,어느정도 한정된 thin sheet에서는 k = 4.53, 이다. 상수 k는 일반(non ideal) 샘플에서 서로 다르다.

  3. 조작 순서
  4.  

     

    1. 볼트메타를 on하고 DC모드에 위치하며, 전압범위를 mV로 놓는다.
    2. 프로브 스테이지상에 웨이퍼를 위치시킨다.
    3. 프로브 스테이션상에 있는 토글 스위치를 중립에서 "DOWN"으로 놓는다.
    4. 프로브가 웨이퍼 상에 닿을 때까지 프로브 케이스를 관찰한다.
    5. 토글 스위치를 중립 위치에 놓는다.
    6. 검정색 스위치 "S1"을 on 위치로해서 전류원을 on시킨다.
    7. 전류를 원하는 레벨로하고, 안쪽 두 프로브 사이의 전압을 측정한다. 원하는 웨이퍼의 위치에서 되풀이한다.
    8. 측정이 끝나면 전류원 스위치(S1)를  off 시킨다.
    9. 토글 스위치를 중립에서 "UP" 한다.
    10. 프로브 케이스 전체가 위로 간후, 토글 스위치를 중립 위치로 한다.
    11. 볼트 메타를 끈다.

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