金刚石对顶砧上四探针法测量电阻率的有限元分析

【摘要】： 本论文针对金刚石对顶砧内超高压下原位电导率测量中存在的问题,采用有限元分析方法,从电极间距、样品厚度、电极电导率、电极与样品的接触面积等几个角度,详细分析了四探针电极构型下金刚石对顶砧内样品中的电场分布情况及其特征,给出了在金刚石对顶砧中利用四探针方法准确测量电导率的条件和误差变化规律,提出了具有修正参数的电导率计算的公式。研究结果表明:用四探针法测量薄样品时的误差来源于电极和样品间的电阻率的差异,这与使用低电阻率探针测量薄样品(特别是电阻率较大的半导体样品)能得到更精确的结果是相反的;范德保法在样品的厚度与其直径的比值小于0.45的范围内能给出精确的结果,此方法适用于测量多数材料的电阻率;在测量较薄样品时,电极会明显影响电场分布,给测量带来误差,这种情况对于半导体材料会更明显,电极的尺寸越大,给测量结果带来的误差也会越大。本文的分析结论为在高压金刚石对顶砧中精确测量样品的电阻率提供了方法,对微小和超薄样品的电导率准确测量具有普遍的指导意义。