由于原理簡單、精度高及操作簡便，四探針法是測試半導體材料電阻率或電導率的首選方法之一。薄膜技術和材料表面研究的深入以及納米器件和新型生物材料的出現(xiàn)，對四探針測試技術提出了新的挑戰(zhàn)。為了與這些新技術及新材料研究相適應，須將探針間距減小到微觀領域以獲得較高的空間分辨率和表面靈敏度。目前，借助于超高真空技術，MEMS 技術和各種顯微技術的發(fā)展，多種微觀四探針測試系統(tǒng)已經(jīng)被開發(fā)出，主要包括整體式微觀四點探針系統(tǒng)和獨立四點掃描隧道顯微鏡（STM）探針系統(tǒng)。前者的最小間距可以達到300 nm，后者則可以達到30 nm 。兩種儀器類型都實現(xiàn)了商業(yè)化生產，Capres A/S 公司的間距為5 μm 四點探針和1.5 μm 的十二點探針是目前市場上探針間距最小的整體式微觀四點探針。

　　微觀四點探針技術是在傳統(tǒng)四探針測試基礎上發(fā)展來的。1861 年湯姆森首次提出四探針測試原理，1999 年Petersen 等人最初開發(fā)出微觀四點探針，現(xiàn)在微觀四點探針技術已日趨成熟，因具有較高的空間分辨率和測試精度，被廣泛用于半導體工業(yè)和材料科學領域。研究表明微觀四點探針甚至可用于霍爾效應測量以表征硅或鍺的超淺半導體結的載流子遷移率、薄膜載流子密度及薄膜電阻等，其測試結果具有較高的靈敏度。此外，新型材料如導電有機薄膜和新型生物材料在表面科學與生物領域也許具有一些獨特而未知物理特性，通過研究他們的表面和界面電學特性我們也許可以預測其未來在實際產品中的應用。

　　近年來，研究人員對于微觀四點探針測試技術進行了大量的研究，并取得了很多成果。本文主要講述目前最為先進的微觀四點探針技術，包括器件結構，測試理論、探針制備技術、以及微觀四點探針技術所面臨的挑戰(zhàn)。

5、結論與展望

　　本文綜述了近年來微觀四點探針測試技術的研究進展，介紹了微觀四點探針最新應用以及目前出現(xiàn)的多種新型微觀四點探針系統(tǒng)。我們按微觀四點STM 探針和整體式微觀四點探針兩類劃分，分析了每類系統(tǒng)的器件結構與工作原理。探針制備技術對于探針間距的減小有著至關重要的作用，本文詳細總結了各種四點探針的制備，發(fā)現(xiàn)對于進一步減小探針間距，鍍層碳納米管是比較理想的材料之一，而聚焦離子束光刻是比較有潛力的加工方法。而提高探針壽命、實現(xiàn)樣品表面的無損檢測，則是微觀四點探針測試技術進一步研究應該考慮的主要問題。措施可以從提高接觸力的控制和探針定位精度、適當增加探針柔性、改變探針形狀及使探針與被測表面呈一優(yōu)化夾角等方面來解決。另外隨著探針間距的持續(xù)減小，還應該考慮電遷移及熱效應等因素對測試結果的影響。

　　對于微觀四點探針技術的進一步研究，建議如下：①探針間距仍有下降空間，整體式微觀四點探針探針間距有望達到幾十納米的范圍。②鍍層碳納米管是制作納米四點探針的最佳材料，聚焦離子束光刻是制備整體式微觀四點探針的首選方法之一。③由于探針表面導電薄膜容易氧化，應注意探針在測試前的清洗問題。④可以用實驗或理論模擬的方法研究各種測試模型在微觀四點探針測試中的特點，如用ANSYS軟件分析雙電測法或一些改進方法的測試精度，以及溫度等因素對測試結果的影響。⑤在用掃描電鏡或其它電子儀器作為微納探針系統(tǒng)的輔助觀測設備時，應考慮電子束對待測樣品表面電學特性的影響。

　　【作者】 李建昌； 王永； 簡曉慧； 巴德純；

　　【Author】 LI Jian-chang,WANG Yong,JIAN Xiao-hui,BA De-chun(Vacuum and Fluid Engineering Research Center,School of Mechanical Engineering and Automation,Northeastern University,Shenyang 110004,China)

　　【機構】 東北大學機械工程與自動化學院真空流體工程研究中心；

　　【摘要】 四探針法是材料學及半導體行業(yè)電學表征的常用方法。隨著微電子器件尺度持續(xù)減小,新型納米材料研究不斷深入,須將探針間距控制到亞微米及其以下范疇才能獲得更高的空間分辨率和表面靈敏度。近年來研究人員借助顯微技術開發(fā)出兩類微觀四點探針測試系統(tǒng),即整體式微觀四點探針和獨立四點掃描隧道顯微鏡探針系統(tǒng),隨著現(xiàn)代微加工技術的發(fā)展,當前探針間距已縮小到幾十納米范圍。本文綜述了微觀四點探針技術近年來的研究進展,主要包括測試理論、系統(tǒng)結構與探針制備。其中,特別詳述了涉及探針制備的方法、技術及所面臨問題,并展望了微觀四點探針研究的發(fā)展方向,并給出了一些具體建議。

　　【Abstract】 Four-point probe characterization is a usual method for studying the electrical properties of solids and thin films.The distance between tip and sample in four-point probe technique has to be reduced to sub-micro scale at least in order to obtain expected surface sensitivity and spatial resolution.Therefore,microscopic four-point probes(M4PPs) need to be combined with some microscopy techniques.Two types of M4PPs have been developed in the past few years,which are monolithic micro-four-point probes and four-point scanning tunneling microscopy probes.In this paper,we review the latest development of M4PPs from aspects of system construction,probe structure and test theories.The approaches of probe preparation are discussed in detail.Probe life and sample surface damage are another two big challenges for the microscopic four-point probe technique.To deal with such problems,flexible cantilevers can be used as the probe by keeping a certain angle to the sample surface.

　　【關鍵詞】 四探針； 微觀四點探針； 探針制備； 表面電導率；

　　【Key words】 four-point probes； microscopic four-point probes； probe preparation,surface conductivity；

　　【基金】 中央高校基本科研業(yè)務費專項資金資助(N090403001)