在探讨四探针测试电阻的原理时,我们发现这种方法在表征金属、半导体等低电阻率材料的方阻、电阻率、电导率等方面具有广泛应用。
其核心在于使用四根等间距排列的探针,其中外侧两个探针负责传输电流,内侧两个探针则用于测量电压。
通过恒流源输出电流 I,流经样品后通过探针 4 流出,形成电流回路。同时,探针 2 和 3 连接电压表,测量探针两端的电压,形成电压回路。
这种方法巧妙地通过电流激励和电压测量不共用探针,而是由各自的一对探针形成回路,有效规避了导线电阻、探针电阻以及探针与材料的接触电阻的影响,因此相较于两探针法,测量精度更高,适用范围更广。
在测量薄圆片(厚度≤4mm)电阻率时,四探针法的计算公式为:ρ=V/I×F(D/S)×F(W/S)×W×Fsp,其中 D 为样品直径,S 为平均探针间距,W 为样品厚度,Fsp 为探针间距修正系数,F(W/S)为样品厚度修正因子,I 为 1、4 探针流过的电流值,V 为 2、3 探针间取出的电压值。
四探针法相较于两探针法,在测量半导体电阻时具有明显优势。
两探针法多用于大电阻和精度要求不高的情况,而对于小电阻测量,尤其是半导体电阻测量,由于金属与半导体材料之间功函数的差异会形成一定厚度的耗尽层,导致测到的电阻值远高于半导体实际的电阻值。
而四探针法则通过避免电流源和电压表共用探针,降低了附加电阻的影响,提高了测量的精度和准确性。
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