电阻率是半导体材料的重要电学参数之一,是判断材料掺杂浓度的主要依据。半导体材料电阻率的测量在集成电路制造行业中有着重要意义。四探针法是半导体材料及器件电阻率测试中经常采用的一种方法,该方法原理简单、数据处理简便,为科研及生产单位广泛应用。传统的四探针测试仪,由于采用分立元件,精度低,可靠性和稳定性差,且需要手动换档调节电流,效率低,已经落后于时代发展。随着嵌入式技术的日趋完善和推广,测试系统集成化和数字化已经成为各类仪器、仪表的发展方向。因此,对传统四探针法测试装置的数字化研究和改进具有非常重要的意义和实际开发价值。本文首先从半导体电阻率的概念和主要测试方法出发,着重研究了四探针电阻率测试原理,系统组成,并分析确定了几个难点;对不同几何形状及边界条件的半导体材料所采用的各种修正进行了详细的理论推导。然后简要介绍了基于单片机的嵌入式系统设计方法及流程。通过对不同电路方案的分析和比较,结合嵌入式系统设计理念,最终提出并设计了一种以AVR单片机为核心的数字式四探针测试系统。硬件方面,文中依据功能划分详细论述了组成四探针测试系统的各个模块,特别是恒流源和电位差测量这两个关键部分。在恒流源模块中,为实现数字化,设计了基于DA的V-I变换电路;为解决探针与半导体的接触电阻及不同电阻率材料的测量问题,仿真并实现了OP放大器加扩流管高端高电压恒流结构。在电位差测量模块中,采用内置PGA和数字滤波器的AD7705芯片,从而简化了电路结构;为避免电位差测量时的高共模电压,采用了磁耦合方式对AD部分进行了电气隔离。在人机接口模块中,采用了4×4矩阵键盘输入,将采集并通过微控制器处理的数据,直观地在128×64图形点阵LCD上显示出来。同时,也预留了上位机通讯接口,以便于功能扩展。软件方面,给出了系统软件构架,结合硬件详述了各功能模块驱动编写,重点讨论了针对AD采集的数据处理:软件滤波算法。最后,设计了印刷电路板并装配成整机。对设计的数字式四探针测试系统进行了分模块调试和整机性能测试。通过对多种不同电阻率样品的测量以及误差分析,给出了系统改进意见。对测试仪的主要性能、使用方法、注意事项进行了总结。结果表明,该系统大大提高了数据处理能力和测试精度,操作简便,测试周期短,效率高,稳定性好,具有较高的实用价值和推广前景。