一文读懂硅的电阻率和方阻

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一文读懂硅的电阻率和方阻

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来源

https://www.memsf.cn/hangyezixun/100

在半导体和MEMS（微机械电子系统）领域，硅的电阻率和方阻是两个至关重要的电学参数。它们不仅影响器件的性能，还关系到制造工艺的复杂度和成本。本文将深入浅出地解释这两个概念，并介绍常用的测量方法。

MEMS是微机械电子系统，在MEMES器件设计过程中电学性能是重中之重。MEMS大多数由衬底、介质层和金属层组成，硅衬底、多晶硅和金属均与电学性能密不可分。其中，硅作为最常见的半导体材料，可分为单晶硅、多晶硅和非晶硅。它的电阻率和方阻的测定和使用问题，有很多半导体和MEMS从业初学者都没有想明白。

什么是电阻率，什么是方阻？

电阻率(Resistivity)是用来表示各种物质电阻特性的物理量，是材料的固有属性。某种材料制成的长为1m，横截面积为1m2的导体的电阻，在数值上等于这种材料的电阻率，单位是Ω·m（半导体习惯用Ω·cm）。对半导体硅材料来说，电阻率与硅内部的电子和空穴的浓度相关，与其尺寸和形状无关。

方阻，全称是方块电阻，指薄膜单位面积上的电阻，等于电阻率除以厚度，单位为Ω/□。方块电阻有一个特性，即任意大小的正方形边到边的电阻都是一样的，不管边长是1m还是1mm，它们的方阻都是一样。

对硅材料，什么时候用电阻率，什么时候用方阻？

对硅晶圆或绝缘体上硅（SOI），规格书上通常用电阻率表征其基本电学参数。硅片一般分为高阻硅和低阻硅，高阻硅中的杂质浓度非常低，通常在1012cm-3以下，这使得高阻硅片的电阻率非常高，在103-106Ω·cm之间。相对于低阻硅，高阻硅的制造工艺极为难，电阻越高要求的硅的纯度越高，很多标称的高阻硅经过退火，电阻率都有一定程度的衰减。

方阻这个概念，主要是针对薄膜提出来的，它的提出使MEMS器件电学设计更为简便。它好比一个正方形方块积木，我们知道了方阻值，只要数出它的方块数（电阻的长除以宽），就很容易计算出总电阻。所以，方块和方阻的引入，极大了方便了设计和制造人员之间的沟通。对于多晶硅或者注入单晶硅，我们甚至不需要知道注入深度（结深），只需要测定方阻值，即可轻易完成电路部分的设计。