声明

本文是学习GB-T 1550-2018 非本征半导体材料导电类型测试方法. 而整理的学习笔记,分享出来希望更多人受益,如果存在侵权请及时联系我们

1 范围

本标准规定了非本征半导体材料导电类型的测试方法。

本标准适用于硅、锗非本征半导体材料导电类型的测试，其他非本征半导体材料可参照本标准测
试。本标准方法能保证对均匀的同一导电类型的材料测得可靠结果；对于导电类型不均匀的材料，可在

其表面上测出不同导电类型区域。

本标准不适用于分层结构材料(如外延片)导电类型的测试。

2 规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本造用于本文

件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

GB/T 1551 硅单晶电阻率测定方法

GB/T 4326 非本征半导体单晶霍尔迁移率和霍尔系数测量方法

GB/T 14264 半导体材料术语

3 术语和定义

GB/T 14264 界定的术语和定义适用于本文件。

4 方法提要

4.1 总则

4.1.1 本标准包括五种测试方法：方法 A— 热探针法；方法 B——
冷探针法；方法 C—- 点 接 触 整 流 法；方法 D— 全类型法，包括方法 D₁—
全类型整流法，方法 D₂—— 全类型热电势法；方法 E—— 表 面光电压法。

4.1.2 方 法 A: 适用于电阻率20Ω ·cm 以 下 的N 型 和P
型锗材料及电阻率1000Ω ·cm 以 下 的 N 型 和 P 型硅材料。

4.1.3 方 法 B: 适用于电阻率20Ω ·cm 以 下 的 N 型 和 P
型锗材料及电阻率1000Ω ·cm 以 下 的 N 型 和 P 型硅材料。

4.1.4 方 法 C: 适用于电阻率1Ω ·cm～1000Q ·cm 的 N 型 和 P 型硅材料。

4.1.5 方 法 D₁ : 适 用 于 电 阻 率 1 Ω ·cm～36Ω ·cm 的 N 型 和 P 型
锗 材 料 及 电 阻 率 0 . 1 Ω ·cm~ 3000 Ω ·cm 的 N 型 和 P 型硅材料。

4.1.6 方 法 D₂ : 适用于电阻率0 . 2Ω ·cm～1Ω ·cm 的 N 型 和 P 型硅材料。

4.1.7 方 法 E: 适用于电阻率0 . 2Ω ·cm～3000Ω ·cm 的 N 型 和 P 型硅材料。

4.1.8 方 法 A～ 方 法 E 也可用于测试超出4 . 1 .2～4 . 1 .
7界定范围的非本征半导体材料，但其适用性未 经试验验证。

GB/T 1550—2018

4.1.9 如果用方法A～方 法E 都不能得到准确的结果，建议采用GB/T4326
中规定的霍尔效应测试方

法确定试样的导电类型。

4.2 方法 A (热探针法)和方法 B (冷探针法)

用具有不同温度的两支金属探针接触试样，在两支探针间产生热电势信号，据此可检测出试样的导
电类型。若试样为 N
型，相对于较冷的探针，较热的探针呈现为正极；若试样为 P
型，则较热的探针呈
现为负极。用一个中心刻度为零的电压表或微安表，可观察到这种极性指示。最大温差发生在加热或

制冷的探针周围，因此所观察到的信号极性是由这两支探针接触试样部分的导电类型决定的。

4.3 方法 C (点接触整流法)

通过试样与金属点接触处的电流方向来确定试样的导电类型。若试样为 N
型，金属点接触处为负 极；若试样为 P
型，金属点接触处为正极。将一个交变电压加在金属点接触和另一个大面积欧姆接触
之间，则在中心刻度为零的电流检测器、示波器或曲线示踪仪上可观察到电流的方向。由于在金属点接 触处会出现整流现象，而在大面积欧姆接触处则不会发生，因此电流方向是由金属点接触处试样的导电

类型决定的。

4.4 方法 D (全类型法)

4.4.1 方 法D₁ :
用点接触反向偏置电压极性来确定试样的导电类型。在接触试样的两个触点间加一个
交变电压，在上半个周期内，
一个触点会反向偏置，并承受大部分电压降。在紧接着的下半个周期内，这
个触点会正向偏置，触点上的电压降比上半个周期要小得多，这相互起伏的电压降中有直流分量，而该
直流分量，可通过第三个触点检测出。观察零位指示器指针的偏转情况或数字电压表读数，若指针指示
为正，则试样为 P 型；若指针指示为负，则为 N 型。

4.4.2 方法 D₂ :
在试样的一对触点1-2间通过交变电流，在试样上建立一个热梯度。由另一对触点3-4
可检测出该热梯度形成的热电势。对于 N
型材料，触点3相对于触点4是较热的，触点3呈正电位；对 于 P
型材料，相对于触点4,触点3将呈现为负电位。触点1、2、3、4为图7中所示的探针顺序号。

4.5 方法 E (表面光电压法)

通过测试表面光电压的变化趋势来确定试样的导电类型。当光照射试样时，会产生非平衡载流子，
从而改变试样表面相对于体内的电势。光照前后试样表面电势之差称为表面光电压。不同导电类型的
半导体材料表面光电压的变化趋势是相反的，所以通过测试表面光电压的变化趋势可以确定试样的导

电类型。

5 干扰因素

5.1 方法 A (热探针法)

5.1.1
一些高电阻率的硅和锗试样，由于其电子迁移率高于空穴迁移率，在热探针的温度下大多呈现
为本征半导体材料。因此，在此温度下其热电势总是负的。

5.1.2 热探针上覆盖有氧化层时会造成不可靠的测试结果。

5.1.3 探针压力不足时，电阻率高于40Ω ·cm 的 N 型锗材料会呈现 P
型导电类型。

5.1.4
当热探针轻压与重压时的导电类型相反时，以重压时显示的导电类型为准，避免表面反型层对
测试结果的干扰。

GB/T 1550—2018

5.2 方法 B (冷探针法)

5.2.1 冷探针上不应结冰。在常压下长期使用，冷探针结冰会得出错误结果。

5.2.2 冷探针上覆盖有氧化层时会造成不可靠的测试结果。

5.2.3 冷探针压力不足时，电阻率高于20Ω ·cm 的 N 型锗材料会呈现P
型导电类型。

5.3 方法 C (点接触整流法)

5.3.1 方 法C
表示的是试样原始表面的导电类型，若试样表面有氧化层，则相当于其表面有一层绝缘
层，会导致电流检测器无指示。

5.3.2
若大面积欧姆接触不稳定，有时会使读数相反。点接触压力过大，可使大面积欧姆接触变成一
个良好的整流接触，也可使读数相反。

5.3.3 手或其他物品接触试样所引起的干扰会导致错误读数。

5.3.4
若试样表面经化学腐蚀处理，各种腐蚀剂和腐蚀操作会引起试样表面特征不可控制的变化。

5.4 方法 D (全类型法)

5.4.1 对于低电阻率的材料，使用方法D₁
测试其导电类型时，由于输出信号低，可能会导致完全错误的
结果。对于硅材料，如果输出信号低于0.5 V, 不推荐使用方法 Di。

5.4.2 对于电阻率较高的材料，方法D₂ 也可能导致完全错误的结果。

5.5 方法 E (表面光电压法)

5.5.1
如果样品表面存在大量静电荷(如表面氧化层上的电荷),将会在样品表面导致多子积累，影响
表面光电压信号的产生，无法进行测试。另外，样品表面残留的钝化试剂、酸液以及活性化学试剂也会
影响测试。

5.5.2
硅片表面的损伤层会干扰表面光电压信号的产生，因为损伤层没有确定的能带结构，如果损伤
层的厚度比测试所采用的激发光的注入深度更大，将很难产生表面光电压信号。

5.6 其他

5.6.1
热施主(主要是氧施主)的存在会干扰测试结果，对于含有较多氧施主的P
型样品来说，其测试 结果可能显示为 N 型。

5.6.2 试样表面有沾污或有氧化层时会造成不可靠的测试结果。

5.6.3 若有强光照射试样，方法 A～方 法E
都有可能得出错误的读数，尤其是高电阻率试样。

5.6.4 测试环境周围的高频电场也会引起寄生整流，导致错误的测试结果。

6 试剂和材料

6.1 蒸馏水或去离子水：在25℃时水的电阻率高于2 MΩ ·cm。

6.2 冷却剂：干冰与丙酮的混合物、液氮或其他冷却剂。

6.3 不锈钢丝棉或其他等同材料。

7 仪器和设备

7.1 方法 A (热探针法)

方法 A 的测试设备如图1所示，主要由以下几部分组成：

GB/T 1550—2018

a)
两支探针，选用不锈钢或镍材料制作，每支探针针尖成60°的锥体，其中一只探针杆有加热功
能，能使热探针温度加热到40℃~60℃;

b) 零位指示器，其偏转灵敏度不低于1×10-9A/mm;

c) 温度传感器，用于测量热探针温度。

style="width:4.62014in;height:4.70694in" />

图 1 热探针法测试设备示意图

7.2 方法 B (冷探针法)

方法 B 的测试设备如图2所示，主要由以下几部分组成：

a)
两支探针，用铜材或铝材制作，针杆用酚醛等材料绝缘，其中一支探针的热容量至少是15
g 铝 的热容量。将探针在冷却剂中浸5 min,
在25℃的环境下，探针能维持在一40℃左右约

5 min。每支探针针尖成60°的锥体，接触半径约200 μm。

b) 零位指示器，其偏转灵敏度不低于1×10-9 A/mm。

style="width:4.46736in;height:5.26042in" />

图 2 冷探针法测试设备示意图

GB/T 1550—2018

7.3 方法 C (点接触整流法)

方法 C 的测试设备分别如图3、图4和图5所示，主要由以下几部分组成：

a) 自耦变压器，能使50 Hz 或60 Hz 的 0 V～15V
电压加到待测试样上(见图3、图4);

b) 隔离变压器，能使50 Hz 或60 Hz 的220 V 电压降为50 Hz 或60 Hz 的15 V
电压(见图3、 图4);

c)
探针，用铜、钨、铝或银等合适的导体制成，探针一头呈锥形，接触半径不大于50
μm ;

d)
大面积欧姆接触器，采用铝箔或铟箔等软性导体和弹簧夹具或其他类似方式构成；

e)
电流检测器(见图3),检测器中心刻度为零，其满刻度灵敏度至少要优于200μA,
或示波器(见 图4),或曲线示踪仪(见图5)。

style="width:7.16042in;height:3.86042in" />

图 3 电流检测器显示的点接触整流法测试设备示意图

style="width:8.01389in;height:5.35347in" />

图 4 示波器显示的点接触整流法测试设备及典型显示图形示意图

GB/T 1550—2018

图 5

style="width:4.53403in;height:4.53333in" />

曲线示踪仪显示的点接触整流法测试设备及典型显示图形示意图

7.4 方法 D,(全类型整流法)

方法 D₁ 的测试设备如图6所示，主要由以下几部分组成：

a) 三支探针，可采用GB/T1551
中直排四探针法测试电阻率用的直排四探针中的三支探针；

b) 交流电源，电压为6 V～24V, 一般采用12.6 V, 限制电流不大于1.0 A;

c) 零位指示器，偏转灵敏度不低于1×10-9 A/mm, 与 1 MQ
电阻串联后至少应有0.1 V/mm 的

分辨率；或极性指示数字电压表(DVM), 其分辨率优于0.1 V/ 单位刻度。

style="width:7.75999in;height:4.90666in" />

采用零位指示器 采用数字电压表

图 6 全类型整流法测试设备示意图

7.5 方法 D₂ (全类型热电势法)

方法 D₂ 的测试设备如图7所示，主要由以下几部分组成：

a) 直排四探针，同GB/T 1551 中直排四探针法测试电阻率用的四支探针；

b) 零位指示器，灵敏度优于1×10-⁹ A/mm;
或极性指示数字电压表，精度优于100μV/ 单位 刻度；

c) 交流电源，电压为6 V～24V, 一般采用12.6 V, 限制电流不大于1.0 A。

GB/T 1550—2018

style="width:7.86667in;height:5.03998in" />

采用零位指示器 采用数字电压表

图 7 全类型热电势法测试设备示意图

7.6 方法 E (表面光电压法)

方法 E 的测试设备如图8所示，主要由以下几部分组成：

a) 脉冲光源驱动器；

b) 测量探头，包含激发光源、感应电极片等；

c) 信号处理电路；

d) 显示装置。

style="width:9.20694in;height:3.15347in" />

图 8 表面光电压法测试设备示意图

7.7 挡板

挡板在测试过程中用于遮挡光线，防止光线照射试样。

7.8 高频屏蔽装置

高频屏蔽装置用于避免高频对测试结果的影响，需要时连接好导线。

7.9 研磨或喷砂设备

研磨或喷砂设备用于处理试样。

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8 试样

8.1 试样表面应清洁，无沾污或氧化层。

8.2
若试样表面有外来物质沾污或有氧化层，可对试样表面进行研磨或喷砂处理，并将处理后的试样
用水清洗干净、干燥。

9 测试步骤

9.1 方法 A (热探针法)

9.1.1 检查热探针是否接于零位指示器的负极。

9.1.2 用不锈钢丝棉抛光热探针尖，除去其表面氧化层。

9.1.3 将热探针加热到40℃~60℃,用测温装置测其温度。

9.1.4
支撑试样保证其不被损伤，使两支探针的间距在几毫米之内并向下稳稳地压到试样上。

9.1.5 观察零位指示器指针的偏转情况。指针向正方向偏转，则试样为 P
型；若指针向负方向偏转，则 试样为 N 型。

9.1.6 在试样表面的测试区上移动探针，测试其导电类型。

9.2 方法 B (冷探针法)

9.2.1 检查冷探针是否接于零位指示器的正极。

9.2.2 将冷探针在冷却剂中浸约5 min。

9.2.3 按9.1.4～9.1.6进行测试。

9.3 方法 C (点接触整流法)

9.3.1 检查电路连接是否与图3、图4或图5一致。

9.3.2 将大面积欧姆接触器放在清洁的试样上，并固定好。

9.3.3
如采用电流检测器显示，点接触探针应接于指示器正极。若指示器的指针偏向正极，则试样为
P 型；若指针偏向负极，则试样为N
型。如果指针偏转不稳定，则不适宜采用该方法测试。

9.3.4
如采用示波器显示，则将点接触探针和欧姆接触器分别接到示波器水平板极两极，按图4所示
的整流特性测试导电类型。

9.3.5
如采用曲线示踪仪显示，则将点接触探针接到示踪仪的集电极端，将欧姆接触器接到示踪仪的
发射极端，调节示踪仪上的刻度调节钮，手动变换曲线示踪仪的极性，直到能看到完整的整流特性曲线，
按图5所示，测试试样导电类型。

9.3.6 在试样表面的测试区域上移动点接触探针，测试试样的导电类型。

9.4 方法 D (全类型法)

9.4.1 检查电路连接是否与图6一致。

9.4.2 支撑试样保证其不被损伤，将探针与试样接触。

9.4.3
观察零位指示器指针的偏转情况或数字电压表读数，若指针指示为正，则试样为 P
型；若指针指 示为负，则试样为 N 型。如果零位指示器指示值小于0.5μA
或数字电压表的读数小于500 mV, 则 不 能用方法 D₁ 进行测试。

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9.4.4 如果用方法 D, 不能进行测试，应改用热电势法 D₂
进行测试。将探针按图7所示连接好，3号探
针靠近热源。热源是由1号、2号探针间通入电流的方法产生的。将3号探针接到零位指示器的负极
或数字电压表的低阻端，使探针与试样接触，观察零位指示器指针的偏转情况或数字电压表读数，若指
针指示为正，则试样为 P 型；若指针指示为负，则试样为 N 型。

9.4.5 在试样表面的测试区上移动探针，测试试样的导电类型。

9.5 方法 E (表面光电压法)

9.5.1 检查电路连接是否与图8一致。

9.5.2
将待测试样放置在样品台上，脉冲光源驱动器驱动红外激光器发射一定频率的脉冲光，脉冲光
照射在试样上。

9.5.3
试样表面在脉冲光照射下激发出光电压，感应电极片采集因光电压引起的静电荷，经同轴电缆
线传送至电荷放大器。

9.5.4
电荷放大器把静电荷变为电压信号并放大，信号处理电路对放大后的电压信号进行同步整形、
极性判断、数值转换，得到待测试样的导电类型。

9.6 其他

如果采用9.1～9.5的测试步骤能够获得稳定的读数和良好的灵敏度，则表明试样表面无沾污或氧
化层。如果读数不稳定或灵敏度差，则表明试样表面已被沾污或有氧化层，可采用8.2中的方法对试样

表面进行处理。

10 试验结果的分析

本标准中的方法 A、C、D₁ 、D₂ 、E
在不同实验室进行了对比试验，测试结果见表1。由表1可知各测
试方法导电类型测试结果完全正确的电阻率范围，见表2。本标准各测试方法的适用范围参照表2的

数据确定。

表 1 测试结果

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表1(续)

表 2 测试结果完全正确的电阻率范围

style="width:3.09994in" />GB/T 1550—2018

11 试验报告

试验报告应包括以下内容：

a) 测试单位和测试人；

b) 使用的测试方法；

c) 使用的设备名称；

d) 试样名称和编号；

e)
测得的试样导电类型，如果试样导电类型为混合型，应定量画出所测不同导电类型的轮廓；

f) 本标准编号；

g) 测试日期。

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