在探討四探針測試電阻的原理時(shí),我們發(fā)現(xiàn)這種方法在表征金屬、半導(dǎo)體等低電阻率材料的方阻、電阻率、電導(dǎo)率等方面具有廣泛應(yīng)用。
其核心在于使用四根等間距排列的探針,其中外側(cè)兩個(gè)探針負(fù)責(zé)傳輸電流,內(nèi)側(cè)兩個(gè)探針則用于測量電壓。
通過恒流源輸出電流 I,流經(jīng)樣品后通過探針 4 流出,形成電流回路。同時(shí),探針 2 和 3 連接電壓表,測量探針兩端的電壓,形成電壓回路。
這種方法巧妙地通過電流激勵(lì)和電壓測量不共用探針,而是由各自的一對探針形成回路,有效規(guī)避了導(dǎo)線電阻、探針電阻以及探針與材料的接觸電阻的影響,因此相較于兩探針法,測量精度更高,適用范圍更廣。
在測量薄圓片(厚度≤4mm)電阻率時(shí),四探針法的計(jì)算公式為:ρ=V/I×F(D/S)×F(W/S)×W×Fsp,其中 D 為樣品直徑,S 為平均探針間距,W 為樣品厚度,F(xiàn)sp 為探針間距修正系數(shù),F(xiàn)(W/S)為樣品厚度修正因子,I 為 1、4 探針流過的電流值,V 為 2、3 探針間取出的電壓值。
四探針法相較于兩探針法,在測量半導(dǎo)體電阻時(shí)具有明顯優(yōu)勢。
兩探針法多用于大電阻和精度要求不高的情況,而對于小電阻測量,尤其是半導(dǎo)體電阻測量,由于金屬與半導(dǎo)體材料之間功函數(shù)的差異會(huì)形成一定厚度的耗盡層,導(dǎo)致測到的電阻值遠(yuǎn)高于半導(dǎo)體實(shí)際的電阻值。
而四探針法則通過避免電流源和電壓表共用探針,降低了附加電阻的影響,提高了測量的精度和準(zhǔn)確性。
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