在探討四探針測試電阻的原理時,我們發現這種方法在表征金屬、半導體等低電阻率材料的方阻、電阻率、電導率等方面具有廣泛應用。
其核心在于使用四根等間距排列的探針,其中外側兩個探針負責傳輸電流,內側兩個探針則用于測量電壓。
通過恒流源輸出電流 I,流經樣品后通過探針 4 流出,形成電流回路。同時,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,有效規避了導線電阻、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,四探針法的計算公式為: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,Fsp 為探針間距修正系數,F(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,在測量半導體電阻時具有明顯優勢。
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,尤其是半導體電阻測量,由于金屬與半導體材料之間功函數的差異會形成一定厚度的耗盡層,導致測到的電阻值遠高于半導體實際的電阻值。
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確性。
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