石墨烯作為原子級(jí)薄二維材料，具備優(yōu)異電學(xué)與機(jī)械性能，在防腐、OLED、傳感器等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。隨著大面積石墨烯生長(zhǎng)與轉(zhuǎn)移技術(shù)的成熟，如何實(shí)現(xiàn)其電學(xué)性能的快速、無損、高分辨率表征成為推動(dòng)其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵。Xfilm埃利四探針方阻儀作為高精度電學(xué)測(cè)量設(shè)備，在該領(lǐng)域展現(xiàn)出重要的技術(shù)價(jià)值。微四探針（M4PP）憑借高精度、高空間分辨率及支持霍爾效應(yīng)測(cè)量的優(yōu)勢(shì)，成為石墨烯電學(xué)表征的核心技術(shù)。下文將重點(diǎn)探討微四探針技術(shù)在晶圓級(jí)石墨烯電導(dǎo)性能評(píng)估中的應(yīng)用。

目前常用于石墨烯電學(xué)性能表征的技術(shù)包括微拉曼光譜、太赫茲時(shí)域光譜與微四探針。

微拉曼光譜雖可分析層數(shù)、缺陷與摻雜，但無法直接測(cè)量薄層電導(dǎo)(GS)；

太赫茲時(shí)域光譜為非接觸式測(cè)量，空間分辨率約1 mm，適用于均勻樣品，但對(duì)樣品透明度與金屬鄰近區(qū)域敏感；

微四探針技術(shù)具有微米級(jí)空間分辨率（探針間距≈10 μm），可直接測(cè)量薄層電導(dǎo)(GS)，誤差低于0.1%，且適用于非透明基底與復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

微四探針測(cè)量方法與系統(tǒng)

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微四探針（M4PP）配置和子探頭

研究中采用七探針系統(tǒng)，其核心技術(shù)源于微四探針（M4PP），其本質(zhì)是通過“多電極組合” 實(shí)現(xiàn)微四探針的功能延伸?；谌蛉嵝詰冶劢Y(jié)構(gòu)與應(yīng)變片控制接觸力，以降低探針與樣品損傷。通過選擇其中四個(gè)電極構(gòu)成三個(gè)子探針：子探針1與2間距10 μm，子探針3間距20 μm。每個(gè)測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行24次電阻測(cè)量，采用A/B雙配置與修正范德堡公式計(jì)算薄層電阻：

設(shè)置相位容差1°、中值濾波容差2%，篩選有效數(shù)據(jù)并計(jì)算薄層電導(dǎo)(GS)。每2000次測(cè)量自動(dòng)更換探針，確保數(shù)據(jù)一致性。

電導(dǎo)映射特征與測(cè)量成功率分析

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使用微四探針（M4PP）測(cè)量的電導(dǎo)圖

三個(gè)子探針分別獲得的薄層電導(dǎo)(GS)映射圖顯示，存在部分“死像素”，主要由于探針接觸失敗或局部樣品缺陷。子探針1、2、3的測(cè)量成功率分別為84%、81%與72%。通過數(shù)據(jù)融合與中值濾波，組合映射圖的成功率提升至97%（10,925/11,310有效點(diǎn)），顯著優(yōu)于單探針系統(tǒng)。

電導(dǎo)均勻性與子探針間相關(guān)性評(píng)估

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通過計(jì)算每個(gè)像素及其鄰近15個(gè)點(diǎn)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，構(gòu)建均勻性圖譜。結(jié)果顯示，高電導(dǎo)區(qū)（薄層電導(dǎo)GS≥ 7.5 mS）與低電導(dǎo)區(qū)（薄層電導(dǎo)GS< 0.3 mS）子探針間一致性良好，而過渡區(qū)（0.75 ≤薄層電導(dǎo)GS< 7.5 mS）一致性較差，表明該區(qū)域存在探針尺度（10–20 μm）的電導(dǎo)變化。

電導(dǎo)分布特征與時(shí)間演變規(guī)律

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薄層電導(dǎo)(GS)直方圖

薄層電導(dǎo)(GS)直方圖顯示三個(gè)明顯峰值（I–III），分別對(duì)應(yīng)不同電導(dǎo)水平的石墨烯區(qū)域，峰II與III之間存在平臺(tái)區(qū)，代表電導(dǎo)過渡帶。通過連續(xù)數(shù)周追蹤，發(fā)現(xiàn)薄層電導(dǎo)(GS)隨時(shí)間變化，微四探針(M4PP)與THz-TDS圖譜變化趨勢(shì)一致，且微四探針測(cè)量未引起石墨烯損傷，說明其接觸力控制良好。

THz-TDS與微四探針（M4PP）技術(shù)的對(duì)比分析

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THz-TDS適合均勻樣品的快速非接觸測(cè)量，而微四探針（M4PP）在微米- 毫米尺度的薄層電導(dǎo)(GS)測(cè)量、近金屬接觸區(qū)檢測(cè)中更可靠；多電極M4PP可擴(kuò)展至其他二維材料 / 薄膜，兼顧測(cè)量冗余性與均勻性分析能力，是晶圓級(jí)表征的優(yōu)選方案。

本研究通過微四探針（M4PP）系統(tǒng)，在不顯著增加測(cè)量時(shí)間的前提下，將晶圓級(jí)石墨烯的薄層電導(dǎo)(GS)測(cè)量產(chǎn)率提升至97%，可精準(zhǔn)捕捉超過1個(gè)數(shù)量級(jí)的薄層電導(dǎo)(GS)差異，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量評(píng)估與器件加工可用區(qū)域篩選；與THz-TDS 的一致性驗(yàn)證，進(jìn)一步證實(shí)其可靠性與無損傷性，凸顯了微四探針（M4PP）在二維材料表征中的核心應(yīng)用價(jià)值。

Xfilm埃利四探針方阻儀

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Xfilm埃利四探針方阻儀用于測(cè)量薄層電阻（方阻）或電導(dǎo)，可以對(duì)最大230mm 樣品進(jìn)行快速、自動(dòng)的掃描， 獲得樣品不同位置的方阻/電阻率分布信息。

超高測(cè)量范圍，測(cè)量1mΩ~100MΩ

高精密測(cè)量，動(dòng)態(tài)重復(fù)性可達(dá)0.2%

全自動(dòng)多點(diǎn)掃描，多種預(yù)設(shè)方案亦可自定義調(diào)節(jié)

快速材料表征，可自動(dòng)執(zhí)行校正因子計(jì)算

本文使用基于四探針法的Xfilm埃利四探針方阻儀，憑借智能化與高精度的電導(dǎo)率測(cè)量優(yōu)勢(shì)，助力鈦基復(fù)合材料的電導(dǎo)率測(cè)定，推動(dòng)電子器件領(lǐng)域的材料檢測(cè)技術(shù)升級(jí)。

#四探針#薄層電導(dǎo)測(cè)量#方阻測(cè)量#表面電阻測(cè)量

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

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