四探針法とホール効果測定の違い：わかる量・試料の準備・破壊の有無・用途を比較
どちらも半導体の層の電気的な性質を測る方法ですが、わかることが違います。四探針法は、一直線に並べた4本の針をウエハに当て、外側の2本に電流を流して内側の2本で電圧を測り、シート抵抗を求めます。ホール効果測定は、小さく切り出した試料に電極をつけ、抵抗に加えて、磁界をかけたときに生じるホール電圧を測ります。これで、キャリアが電子か正孔か、その濃度と移動度まで分けてわかります。四探針法は速く手軽な工程の監視に、ホール効果測定は材料そのものの評価に使われます。
| 項目 | 四探針法 | ホール効果測定(ファン・デル・パウ法) |
|---|---|---|
| わかる量 | シート抵抗(Ω/□)。膜厚がわかれば抵抗率 | シート抵抗(抵抗率)に加え、キャリアの種類・濃度・移動度 |
| 原理 | 外側の2本の針に電流を流し、内側の2本で電圧を測る。十分広い薄い層ではRs≈4.53×V/I | 試料の周囲の4つの電極で抵抗を測り、さらに試料に垂直な磁界をかけて、ローレンツ力で生じるホール電圧を測る |
| キャリアの種類(n型かp型か) | わからない | ホール電圧の符号でわかる |
| 試料の準備 | ほとんど不要。ウエハに針を当てるだけ | 小片に切り出し、周囲にオーミック接触の電極をつくる |
| 磁場 | 不要 | 必要 |
| 破壊の有無 | 針の跡が残る程度で、ウエハのまま測れる。製品ではなくモニターウエハで測ることが多い | 切り出しと電極の形成が必要で、破壊的 |
| 速さとマッピング | 速い。ウエハ全面の多点のマッピングが一般的 | 1試料ずつで時間がかかる。温度を変えた測定もできる |
| 主な用途 | イオン注入・アニール・拡散層・金属膜の工程の監視 | エピ層や化合物半導体、新しい材料の評価、キャリア濃度と移動度の評価 |
数値は代表的な目安で、世代や製品によって異なります。