基于微四探针(M4PP) 测量的石墨烯电导性能评估

石墨烯作为原子级薄二维材料，具备优异电学与机械性能，在防腐、OLED、传感器等领域应用广泛。随着大面积石墨烯生长与转移技术的成熟，如何实现其电学性能的快速、无损、高分辨率表征成为推动其产业化应用的关键。Xfilm埃利四探针方阻仪作为高精度电学测量设备，在该领域展现出重要的技术价值。微四探针（M4PP）凭借高精度、高空间分辨率及支持霍尔效应测量的优势，成为石墨烯电学表征的核心技术。下文将重点探讨微四探针技术在晶圆级石墨烯电导性能评估中的应用。

目前常用于石墨烯电学性能表征的技术包括微拉曼光谱、太赫兹时域光谱与微四探针。

微拉曼光谱虽可分析层数、缺陷与掺杂，但无法直接测量薄层电导(GS)；

太赫兹时域光谱为非接触式测量，空间分辨率约1 mm，适用于均匀样品，但对样品透明度与金属邻近区域敏感；

微四探针技术具有微米级空间分辨率（探针间距≈10 μm），可直接测量薄层电导(GS)，误差低于0.1%，且适用于非透明基底与复杂结构。

微四探针测量方法与系统

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微四探针（M4PP）配置和子探头

研究中采用七探针系统，其核心技术源于微四探针（M4PP），其本质是通过“多电极组合” 实现微四探针的功能延伸。基于三向柔性悬臂结构与应变片控制接触力，以降低探针与样品损伤。通过选择其中四个电极构成三个子探针：子探针1与2间距10 μm，子探针3间距20 μm。每个测量点进行24次电阻测量，采用A/B双配置与修正范德堡公式计算薄层电阻：

设置相位容差1°、中值滤波容差2%，筛选有效数据并计算薄层电导(GS)。每2000次测量自动更换探针，确保数据一致性。

电导映射特征与测量成功率分析

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使用微四探针（M4PP）测量的电导图

三个子探针分别获得的薄层电导(GS)映射图显示，存在部分“死像素”，主要由于探针接触失败或局部样品缺陷。子探针1、2、3的测量成功率分别为84%、81%与72%。通过数据融合与中值滤波，组合映射图的成功率提升至97%（10,925/11,310有效点），显著优于单探针系统。

电导均匀性与子探针间相关性评估

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通过计算每个像素及其邻近15个点的相对标准偏差，构建均匀性图谱。结果显示，高电导区（薄层电导GS≥ 7.5 mS）与低电导区（薄层电导GS< 0.3 mS）子探针间一致性良好，而过渡区（0.75 ≤薄层电导GS< 7.5 mS）一致性较差，表明该区域存在探针尺度（10–20 μm）的电导变化。

电导分布特征与时间演变规律

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薄层电导(GS)直方图

薄层电导(GS)直方图显示三个明显峰值（I–III），分别对应不同电导水平的石墨烯区域，峰II与III之间存在平台区，代表电导过渡带。通过连续数周追踪，发现薄层电导(GS)随时间变化，微四探针(M4PP)与THz-TDS图谱变化趋势一致，且微四探针测量未引起石墨烯损伤，说明其接触力控制良好。

THz-TDS与微四探针（M4PP）技术的对比分析

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THz-TDS适合均匀样品的快速非接触测量，而微四探针（M4PP）在微米- 毫米尺度的薄层电导(GS)测量、近金属接触区检测中更可靠；多电极M4PP可扩展至其他二维材料 / 薄膜，兼顾测量冗余性与均匀性分析能力，是晶圆级表征的优选方案。

本研究通过微四探针（M4PP）系统，在不显著增加测量时间的前提下，将晶圆级石墨烯的薄层电导(GS)测量产率提升至97%，可精准捕捉超过1个数量级的薄层电导(GS)差异，实现质量评估与器件加工可用区域筛选；与THz-TDS 的一致性验证，进一步证实其可靠性与无损伤性，凸显了微四探针（M4PP）在二维材料表征中的核心应用价值。

Xfilm埃利四探针方阻仪

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Xfilm埃利四探针方阻仪用于测量薄层电阻（方阻）或电导，可以对最大230mm 样品进行快速、自动的扫描， 获得样品不同位置的方阻/电阻率分布信息。

超高测量范围，测量1mΩ~100MΩ

高精密测量，动态重复性可达0.2%

全自动多点扫描，多种预设方案亦可自定义调节

快速材料表征，可自动执行校正因子计算

本文使用基于四探针法的Xfilm埃利四探针方阻仪，凭借智能化与高精度的电导率测量优势，助力钛基复合材料的电导率测定，推动电子器件领域的材料检测技术升级。

#四探针#薄层电导测量#方阻测量#表面电阻测量

原文参考：《Wafer-scale graphene quality assessment using micro four-point probe mapping》

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