四探针原理

丘山仪器四探针电阻测试仪——FPP150四探针电阻测试仪是丘山仪器专为科学研究设计的四探针测试仪，它适用范围广，可广泛应用于光伏、半导体、合金、导电膜等诸多领域；丘山仪器的四探针电阻测试仪使用寿命长，它的探针头借鉴了机械钟表机芯的制造工艺，而且这款四探针配备了简单易读的可视化软件——Smart FPP软件。

图1:丘山仪器四探针电阻测试仪——技术咨询：17652520563

电阻的测量有很多方法，常见的有两探针法和四探针法。

图2: 两探针法电阻率测量示意图

两探针法又称欧姆表法，是一种结构简单的电阻率测量方法。如图2所示，两个探针与恒流源和电压表连接。由恒流源输出一个恒定电流，电压表测量两个探针间的电压，然后由欧姆定律得出电阻值。两探针法多用于大电阻和精度要求不高的情况，其原因在于导线、探针以及探针与样品的接触电阻等附加电阻通常在欧姆量级，对于大电阻测量来说附加电阻相对较小，对最终的结果影响有限。然而对于小电阻而言，附加电阻与被测样品阻值接近甚至高于被测样品阻值，因此其附加电阻会导致相当大的测量误差。这种情况对于半导体电阻测量尤为严重，因为探针通常为金属材质，与半导体接触后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。耗尽层电阻远高于半导体本身，因此形成很大的接触电阻，导致测到的电阻值远高于半导体实际的电阻值。两探针法的局限性在于电流源和电压表共用探针，因此探针需要通过较大电流，这个电流引起的电压降是不可避免的。

图3: 四探针法电阻率测量示意图

针对两探针方法的种种不足，开尔文男爵（William Thomson,1stBaron Kelvin ）发展了四探针技术。四探针法又称开尔文探针法、四端法，广泛应用于表征金属、半导体等低电阻率材料的方阻、电阻率、电导率等参数。丘山仪器四探针法的工作原理如图3所示，通常四个探针沿一条直线等间距排列，外侧两个探针（探针 1 和 4）传输电流，内侧两个探针测量电压。恒流源输出电流 I 到探针 1，电流流经样品后经探针 4 流出形成电流回路。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。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。根据欧姆定律可得到样品的电阻值。电压表的内阻通常在 109 Ω 以上，因此流过电压探针 2 和 3 的电流接近零，因此探针 2 和 3 自身电阻产生的电压降也接近零，可以忽略。这样就规避了导线电阻、探针电阻以及探针与材料的接触电阻的影响，因此四探针方法比两探针法测量精度更高，适用范围更广。

图4:丘山仪器四探针

丘山仪器的FPP150四探针电阻率测量仪由探针台、探针头、欧姆表以及计算机组成，图 4为 FPP150 四探针实物照片。丘山仪器四探针电阻测试仪采用的就是四探针法，相比两探针法，四探针法精度更高，适用范围更广，正符合丘山仪器对高品质，高精度的一贯高追求。