四探针测试电阻率和方块电阻的实验教案

第一篇：四探针测试电阻率和方块电阻的实验教案

《四探针测试电阻率和方块电阻》的实验教案

一、实验教学目的

通过该实验，通过让学生测试不同样品的电阻率和方块电阻。增强学生的实际动手能力，加深对电阻率和方块电阻的认识，为将来从事微电子相关的研究和测试方面的工作打好基础。

二、实验教学原理及要求

1、实验教学原理

电阻率是决定半导体材料电学特性的重要参数，它为自由载流子浓度和迁移率的函数。半导体材料电阻率的测量方法有多种，其中四探针法具有设备简单、操作方便、测量精度高，以及对样品的形状无严格的要求等优点，是目前检测半导体材料电阻率的主要方法。

直线型四探针法是用针距为s（通常情况s=1mm）的四根金属同时排成一列压在平整的样品表面上，如图1所示，其中最外部二根（图1中1、4两探针）与恒定电流源连通，由于样品中有恒电流I通过，所以将在探针2、3之间产生压降V。

图1测量方阻的四探针法原理

对半无穷大均匀电阻率的样品，若样品的电阻率为，点电流源的电流为I，则当电流由探针流入样品时，在r处形成的电势V(r)为

V(r)I ………………………(1)2r同理，当电流由探针流出样品时，在r处形成的电势V(r)为

V(r)I………………………(2)2r可以看到，探针2处的电势V2是处于探针点电流源+I 和处于探针4处的点电流源-I贡献之和，因此：

I11V2()…………………(3)

2s2s同理，探针3处的电势V3为

V3I11()……………………(4)22ss 探针2和3之间的电势差V23为

V23V2V3I………………..(5)2s由此可得出样品的电阻率为

V 2s23……………………….(6)

I从式（1）至式（6），对等距直线排列的四探针法，已知相连探针间距s，测出流过探针1和探针4的电流强度I、探针2和探针3之间的电势差V23，就能求出半导体样品的电阻率。上述6式是在班无穷大样品的基础上导出的，要求样品厚度及边缘与探针之间的最近距离大于4倍探针间距。对于不满足半无穷大的样品，当两根外探针通以电流I时，在两根内探针之间仍可测到电势差V23，这时，可定义一个“表观电阻率”0

02sV23…………………….(7)B0I引进修正因子B0，已有人对一些常用的样品情况对B0的数值做了计算。通常选择电流

I2s103………………….(8)B0联立（7-8）式可知，V23103即为电阻率的数值。

因此测试时应选择合适的电流，电流太小，检测电压有困难；电流太大会由于非平衡载流子注入或发热引起电阻率降低。

对于高阻半导体样品，光电导效应和探针与半导体形成金—半肖特基接触的光生伏特效应可能严重地影响电阻率测试结果，因此对于高阻样品，测试时应该特别注意避免光照。

对于热电材料，为了避免温差电动努对测量的影响，一般采用交流两探针法测量电阻率。在半导体器件生产中，通常用四探针法来测量扩散层的薄层电阻。在 p 型或 n 型单晶衬底上扩散的 n 型杂质或 p 型杂质形成一pn 结。由于反向 pn 结的隔离作用，可将扩散层下面的衬底视作绝缘层，因而可由四探针法测出扩散层的薄层电阻，当扩散层的厚度＜0.53s，并且晶片面积相对于探针间距可视作无穷大时，样品薄层电阻为

VRs ………………………..(8)

ln2I薄层电阻也称为方块电阻R。长L和宽W相等的一个方块的电阻称为方块电阻R。如果一个均匀导体是一宽为W、厚度为d的薄层，如图2所示，则

RLL ……………..(9)SdWdR单位为/。可见，R阻值大小与正方形的边长无关，故取名为方块电阻，仅仅与薄膜的厚度有关。用等距直线排列的四探针法，测量薄层厚度d远小于探针间距s的无穷大薄层样品，得到的电阻称之为薄层电阻。

图2 薄层电阻示意图

在用四探针法测量半导体的电阻率时，要求探头边缘到材料边缘的距离远大于探针间距，一般要求10倍以上；要在无振动的条件下进行，要根据被测对象给予探针一定的压力，否则探针振动会引起接触电阻变化。光电导和光电压效应严重影响电阻率测量，因此要在无强光直射的条件下进行测量。半导体有明显的电阻率温度系数，过大的电流会导致电阻加热，所以测量要尽可能在小电流条件下进行。高频讯号会引入寄生电流，所以测量设备要远离高频讯号发生器或者有足够的屏蔽，实现无高频干扰。

2、实验教学要求

1）学会用四探针测试仪进行不同材料电阻率和方块电阻参数的测试 2）深入理解电阻率和方块电阻的物理意义

三、实验重点及难点

1）要求独立完成电阻率和方块电阻的测试 2）要求深入分析方块电阻的测试原理

3）要求独立分析光照对电阻率和方块电阻阻值的影响

四、实验学时安排

本实验学时：2学时

五、实验操作注意事项

1、严格按照设备操作规程使用设备，避免操作失误导致设备故障或损坏；

3、实验人员一律穿工作服上岗，保持工作台面及设备器具整洁，注意环境卫生；

4、实验完成后收好样品、关机，切断电源。

第二篇：实验：用电压表和电流表测电阻教案

实验：用电压表和电流表测电阻教案

林希秋

知识与技能：

1、掌握用伏安法测导体电阻的方法，加深对部分电路欧姆定律的理解和应用；

2、进一步学习滑动变阻器、电流表和电压表的使用；

3、了解实验数据的处理以及减小侧量误差的方法。过程与方法：

通过伏安法测导体电阻的学生小组实验，学生学会用伏安法测导体电阻的方法。情感、态度与价值观：

体验实验成功带来的快乐，培养严谨、认真的实验态度，激发学生的探索精神。教学重点和难点

理解伏安法测电阻的原理，掌握测量方法。教具

学生电源，直流电流表，直流电压表，滑动变阻器(50Ω，1.5A)，电键，绕线电阻(5Ω、10Ω各一个)，导线。教学过程

(一)引入新课

(l)欧姆定律的内容和公式分别是什么？

(2)欧姆定律为人们提供了一种测定导体电阻大小的方法，这种方法叫什么？

本节课将通过分组实验，学习用伏安法测定导体的电阻。

(二)讲授新课

(板书)

三、实验：用电压表和电流表测电阻。

问：伏安法测电阻的原理是什么？

(板书)1．实验原理

分别用电压表和电流表侧出电路中某一导体两端的电压和通过它的电流，根据欧姆定律就可以算出这个导体的电阻。

(板书)2．实验电路。

问：(1)采用伏安法测定某一导体的电阻，需要使用哪些器材？每种器材在电路中起什么作用？

2．设计实验电路，画出电路图，如图所示。

3．要比较方便地改变导体两端的电压，以获得三次不同的电压值和相应的电流值，电路中应安装什么装置？怎样将它连入电路？(此问题机动)

在学生讨论的基础上，教师给出完整的实验电路图(如右图)。

讲解学生分组实验的注意事项：

(1)为便于实验操作，要考虑器材在桌上的码放位置。

(2)实验时，电源电压取4伏，电压表的量程取3伏，电流表的量程取0.6安。

(3)先用阻值为5欧的绕线电阻做被测电阻进行实验，调节滑片的位置，使电压表的示数分别为1伏、2伏和3伏，观察每次的电流值，以求出各次电阻值和电阻的平均值，然后换用阻值为10欧的电阻重做上述实验。

(4)其它注意事项同往常一样。

出示实验数据记录表。

学生分组进行实验。教师巡视指导检查。

实验完毕，整理仪器。请几个实验组的同学汇报实验数据，教师将实验数据填入表中。

讨论：

(1)观察表中的数据，在测定某一个被测电阻的实验中，电压、电流、电阻的数据各具有什么特点？

(2)加在某一被测电阻两端的电压不同，通过它的电流也不同，但三次测定的电阻值却相同(或基本相同)，这说明了什么？这又是为什么呢？

(三)巩固知识

1．有的同学根据公式R=U／I得出下面的结论：导体的电阻跟导体两端的电压成正比，跟导体中的电流成反比，你认为这种说法对吗？若不对，错在哪里？

2．某导体两端加2伏的电压时，通过该导体的电流为0.4安，该导体的电阻是多少欧？若将此导体两端的电压加大到5伏，这个导体的电阻多大？若该导体两端不加电压时，通过这个导体的电流多大？此时导体电阻多大？

(四)课堂小结

(五)布置作业

1．完成实验报告。

2．课本习题。

3．预习：串联电路电流的关系和电压的关系分别是什么？

【评析】

这个实验教案是完整的，可行的，行文和讲课中还应注意以下问题：

1．伏安法测电阻是一个很重要的实验，以后的应用也比较多，因此要进一步强调这个实验的重要性和用这个方法测电阻的实用性。

2．要通过这个实验进一步说明电流表、电压表的使用方法。

3．实验中要向学生说明自己联好电路后一定要经过教师检查方可按下电键实验。

4．通过实验进一步证实电阻值不随U，I变的物理实质，让同学进一步体会数学中的公式和物理中的公式不能等同理解，要强调物理公式中各物理量的物理意义，不要犯电阻的大小跟电压成正比，跟电流成反比的错误。

第三篇：实验：用电压表和电流表测电阻教案示例之二物理教案

教学目的

1．通过分组实验，使学生学会用伏安法测导体的电阻。加深对电阻概念的理解。

2．进一步提高综合使用电学仪器进行电学实验的能力。培养学生良好的实验习惯。教学重点和难点

伏安法测电阻。教具

学生电源，直流电流表，直流电压表，滑动变阻器(50ω，1.5a)，电键，绕线电阻(5ω、10ω各一个)，导线。教学过程

(一)引入新课

(l)欧姆定律的内容和公式分别是什么？

(2)欧姆定律为人们提供了一种测定导体电阻大小的方法，这种方法叫什么？

本节课将通过分组实验，学习用伏安法测定导体的电阻。

(二)讲授新课

(板书)

三、实验：用电压表和电流表测电阻。

问：伏安法测电阻的原理是什么？

(板书)1．实验原理

分别用电压表和电流表侧出电路中某一导体两端的电压和通过它的电流，根据欧姆定律就可以算出这个导体的电阻。

(板书)2．实验电路。

问：(1)采用伏安法测定某一导体的电阻，需要使用哪些器材？每种器材在电路中起什么作用？

2．设计实验电路，画出电路图，如图所示。

3．要比较方便地改变导体两端的电压，以获得三次不同的电压值和相应的电流值，电路中应安装什么装置？怎样将它连入电路？(此问题机动)

在学生讨论的基础上，教师给出完整的实验电路图(如右图)。

讲解学生分组实验的注意事项：

(1)为便于实验操作，要考虑器材在桌上的码放位置。

(2)实验时，电源电压取4伏，电压表的量程取3伏，电流表的量程取0.6安。

(3)先用阻值为5欧的绕线电阻做被测电阻进行实验，调节滑片的位置，使电压表的示数分别为1伏、2伏和3伏，观察每次的电流值，以求出各次电阻值和电阻的平均值，然后换用阻值为10欧的电阻重做上述实验。

(4)其它注意事项同往常一样。

出示实验数据记录表。

学生分组进行实验。教师巡视指导检查。

实验完毕，整理仪器。请几个实验组的同学汇报实验数据，教师将实验数据填入表中。

讨论：

(1)观察表中的数据，在测定某一个被测电阻的实验中，电压、电流、电阻的数据各具有什么特点？

(2)加在某一被测电阻两端的电压不同，通过它的电流也不同，但三次测定的电阻值却相同(或基本相同)，这说明了什么？这又是为什么呢？

(三)巩固知识

1．有的同学根据公式r=u／i得出下面的结论：导体的电阻跟导体两端的电压成正比，跟导体中的电流成反比，你认为这种说法对吗？若不对，错在哪里？

2．某导体两端加2伏的电压时，通过该导体的电流为0.4安，该导体的电阻是多少欧？若将此导体两端的电压加大到5伏，这个导体的电阻多大？若该导体两端不加电压时，通过这个导体的电流多大？此时导体电阻多大？

(四)课堂小结

(五)布置作业

1．完成实验报告。

2．课本习题。

3．预习：串联电路电流的关系和电压的关系分别是什么？

(曹广建)

这个实验教案是完整的，可行的，行文和讲课中还应注意以下问题：

1．伏安法测电阻是一个很重要的实验，以后的应用也比较多，因此要进一步强调这个实验的重要性和用这个方法测电阻的实用性。

2．要通过这个实验进一步说明电流表、电压表的使用方法。

3．实验中要向学生说明自己联好电路后一定要经过教师检查方可按下电键实验。

4．通过实验进一步证实电阻值不随u，i变的物理实质，让同学进一步体会数学中的公式和物理中的公式不能等同理解，要强调物理公式中各物理量的物理意义，不要犯电阻的大小跟电压成正比，跟电流成反比的错误。

第四篇：《实验四 细胞的有丝分裂》教案

《实验四 细胞的有丝分裂》教案

一、实验目的

1.学习植物根尖细胞有丝分裂装片的制作方法

2.观察植物细胞有丝分裂过程，掌握有丝分裂各期的主要特征

二、材料与用品

洋葱头、洋葱根尖纵切片标本、蛙胚细胞有丝分裂切片标本；普通光学显微镜、载玻片、盖玻片、镊子、恒温培养箱、小刀、小试剂瓶、培养皿、酒精灯、火柴、FAA固定液、1摩尔/升盐酸或浓盐酸、醋酸洋红染液、蒸馏水

三、实验过程

1.检查装片制作过程的预习情况（1）取材

将洋葱头置于盛水的小烧杯上，使其鳞茎浸入水中，放在25℃恒温箱中培养。待根长到2厘米左右时，于夜晚12时至1时切取长约1厘米左右的根尖。

（2）前处理

将材料浸入蒸馏水内，放置冰箱（0～4℃）中24小时。（3）固定

将材料从前处理的药物中取出，用水冲洗2～3次，放入卡诺氏或FAA固定液中，固定24小时，固定液用量应为材料体积的15倍以上。

如固定的材料当时不用，可以先在90%酒精中泡半小时，然后在70%酒精泡半个小时，再换入70%酒精中，置0～4℃冰箱内可保存半年。经过较长时间保存的材料，进行观察前再用固定处理一次，效果较好。

（4）解离

将固定后的根尖用清水漂洗数次，用1摩尔/升盐酸在60℃恒温箱内处理6～20分钟后，清水漂洗。

（5）染色和压片

将解离后的根尖，切取1～2毫米长的分生组织，放在载玻片上，加1滴醋酸洋红染液，放置约10分钟。然后在酒精灯上缓慢往复3～4次，微微加热（不可煮沸），随即用解剖针将材料拨碎，盖上盖玻片，覆以吸水纸，对准盖玻片下的材料，用铅笔的橡皮头在盖玻片上轻轻敲击，再用拇指适当用力下压，但注意勿使盖片滑动。压好的片子中，材料铺展成均匀的、单层细胞的薄层。

2.学生按实验步骤制作装片

3.学生观察洋葱根尖细胞有丝分裂装片 先在低倍镜下找到根尖分生区，再转高倍镜，选择较典型的有丝分裂各期图象，仔细观察。（1）间期

细胞形态无明显变化，体积有所增大。核仁核膜较清楚，核内染色质呈细网状。

（2）前期 细胞核胀大，核内染色质最初表现为极细盘曲的染色丝，以后染色丝逐渐缩短变粗形成染色体。染色体形态逐渐清楚，着丝点逐渐明显。在前期结束时，核仁核膜消失。

（3）中期

纺锤体形成。染色体排列在细胞中央的赤道面上，从细胞极端观察，可同时看到全部染色体；从侧面观察，则染色体排列成“一”字形。此时染色体变短变粗，其形态和数目都较清楚。

（4）后期

染色体着丝点分裂，每一染色体的二条单体成为二条独立的子染色体。全部染色体分为两组，分别向细胞的两极移动。

（5）末期

两组子染色体分别到达两极，染色体逐渐伸长变粗，分散在核内成为染色质；纺锤体逐渐消失，核仁核膜重新出现，形成两个新核。在两新核之间赤道面上，出现细胞板，并逐渐形成细胞壁，最后分成两个子细胞。

4.教师示范观察动物细胞有丝分裂装片

在高倍镜下观察动物细胞有丝分裂切片标本，比较动物植物细胞有丝分裂过程中的特点。

四、作业

1、绘出你所观察到的植物细胞有丝分裂各期的图象。

2、细胞有丝分裂过程中哪一时期是观察染色体形态和进行染色体记数的最好时期？

3、动物细胞与植物细胞的有丝分裂过程有什么不同的特点？

第五篇：实验四 用VHDL设计组合电路教案

实验四

用VHDL设计组合电路教案

一、实验目的 熟悉使用VHDL进行简单组合电路的设计； 2 熟悉使用VHDL进行简单层次电路的设计； 熟悉使用VHDL文本输入法设计PLD芯片的流程；

二、实验内容

用VHDL语言完成3—8线译码器设计；

三、实验原理

二进制译码器的输入是一组二进制代码，输出是一组与输入代码一一对应的高、低电平信号。某三位二进制译码器的真值表及示意图如下：

BIN / OCTA0A1A2SA124&EN01234567SBSC(a)Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y074138A2A1A0(b)SASBSC

三、实验步骤及要求

1、请根据以上图原理图，编写一个3—8译码器的VHDL源程序。（只考虑三个输入A2A1A0和8个输出y7y6y5y4y3y2y1y0 ,不考虑它的使能控制输入端）。

2、对DEC3_8.vhd文件编译后，再进行波形仿真，完成输入信号A、Y 输入的设置，启动仿真器Simulator，观察输出波形的情况。

3、锁定引脚、编译并编程下载。参选实验电路模式5和附表一，键

1、键

2、键3为输入信号A0、A1、A2分别锁定在EP1K30/50144-PIN TQFP 目标芯片的输入引脚，输出信号y7、y6、y5、y4、y3、y2、y1、y0分别锁定在目标芯片的输出引脚上。

4、硬件实测3—8线译码器的逻辑功能。按动GW48实验板上的高低电平输入键

1、键

2、键3，得到不同的A0、A1、A2输入组合；观察输出发光二极管Di的亮灭，检查3—8线译码器的设计结果是否正确。

思考题

如果有一个模6计数器采用约翰逊尾变码编码。其顺序为： 000－>001－> 011 －>111 －>110 －>100－>000 试设计一个由时钟CLK触发，复位控制端RESET＝0进行复位操作的模6计数器。

实验报告要求：

写出实验源程序，画出仿真波形。分析实验结果，以及它们的硬件测试实验结果写进实验报告。写出心得体会。

重点内容是分析原理图，写出对应的VHDL代码

对思考题注意加入时钟和复位控制信号，注意其相关语法现象。

参考VHDL源代码 LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;

ENTITY DEC3_8 IS

PORT(A : IN STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0);

Y : OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0));END DEC3_8;ARCHITECTURE beh OF DEC3_8 IS BEGIN

PROCESS(A)

BEGIN

CASE A IS

WHEN “000” => Y <= “00000001”;

WHEN “001” => Y <= “00000010”;

WHEN “010” => Y <= “00000100”;

WHEN “011” => Y <= “00001000”;

WHEN “100” => Y <= “00010000”;

WHEN “101” => Y <= “00100000”;

WHEN “110” => Y <= “01000000”;

WHEN “111” => Y <= “10000000”;

WHEN OTHERS => NULL;

END CASE;

END PROCESS;END beh;LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;

ENTITY CNT6 IS

PORT(clk,resset : IN STD_LOGIC;

COUNTOUT : OUT STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0));END CNT6;ARCHITECTURE beh OF CNT6 IS Signal NEXT_COUNT: STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0);BEGIN

PROCESS(clk,resset)

BEGIN IF resset='0' THEN NEXT_COUNT <=“000”;Elsif CLK'event and CLK='1' then CASE NEXT_COUNT IS

WHEN “000” => NEXT_COUNT <= “001”;

WHEN “001” => NEXT_COUNT <= “011”;

WHEN “011” => NEXT_COUNT <= “111”;

WHEN “111” => NEXT_COUNT <= “110”;

WHEN “110” => NEXT_COUNT <= “100”;

WHEN “100” => NEXT_COUNT <= “000”;

WHEN OTHERS => NULL;

END CASE;END if;COUNTOUT <= NEXT_COUNT;

END PROCESS;