前言

电阻率是判定材料导电性能的核心物理参数，金属导体、炭素石墨、半导体三类材料的电阻率数值跨度极大，两电极测试会受接触电阻、引线电阻干扰，测试误差偏高。开尔文电桥法（双臂电桥，直流四端技术） 依靠电流、电压回路完全分离的四电极结构，从根源上消除接触电阻的测量干扰，该技术原理可通用于金属、半导体、炭素等材料的电阻率检测：长棒状试样使用分体式开尔文四端电桥，薄片/晶圆类半导体采用基于开尔文原理的四探针结构，是覆盖三类材料的通用高精度测试方案

1.开尔文电桥法核心测试原理

开尔文电桥法是一种专门用于精密测量低电阻值的电学测量技术，其核心原理基于四端分离结构配合双比率臂平衡电路来消除引线电阻与接触电阻对测量结果的影响；该方法的物理基础是将测试分为两组独立回路——一对外侧电流电极用于向被测电阻施加测试电流，一对内侧独立电压电极用于采集试样有效段的电压降，其中电压检测器的输入阻抗极高，使得流过电压回路的电流趋近于零，从而避免导线和接触点的额外压降干扰测量结果；在电路设计上，开尔文电桥在惠斯通电桥基础上引入了第二组内层比率臂，当外层比率臂与内层比率臂满足相等比例关系且检流计读数为零的电桥平衡状态下，连接线电阻对被测值的影响被补偿抵消，最终根据已知标准电阻值和比例关系计算待测电阻的真实阻值，该方法的精度优势源于四线分离隔离、高阻抗电压检测以及双臂对称平衡三个层面的协同设计，使其适用于各类低阻值精密测量的应用场合。

2.开尔文电桥法在三类材料中的应用说明

2.1 金属导体材料（GB/T 351-2019、GB/T 3048.2-2007）

国标明确规定：试样直流电阻＜10Ω 时，必须采用开尔文双臂电桥方法。铜、铝线缆导体、合金等金属电阻率极低，接触电阻极易掩盖真实阻值，开尔文电桥是低阻金属的标准测试手段；电阻≥10Ω 的高阻金属虽可选用两电极法，但开尔文电桥仍可适用、测量精度更高。

2.2 炭素材料（GB/T 24525-2009）

该标准未直接标注开尔文电桥名称，但测试夹具完全匹配开尔文四端设计：试样两端夹持触头为电流电极，试样中段独立双触头为电压测量电极，仅计算电压触头之间的试样长度，剔除电流夹持端的接触电阻干扰，全程采用开尔文四端原理测试棒状、块状石墨与炭素制品。

2.3 半导体材料（GB/T 1551-2021 硅单晶标准）

半导体行业通用基于开尔文四端原理的直排四探针法，是硅、锗等晶圆材料的国标测试方法。适用半导体品类：单晶硅 / 多晶硅晶圆、锗单晶、砷化镓、磷化铟等化合物半导体、碳化硅宽禁带半导体、掺杂外延半导体薄膜、钙钛矿半导体材料；

应用优势：半导体存在接触势垒、电阻率跨度宽，开尔文四端分离设计可隔绝探针接触的不稳定误差，微弱恒流输入还能避免载流子注入损伤试样，适配本征高阻半导体、低阻重掺杂半导体全区间测试。

3、测试步骤

尺寸测量：清洁试样测试区域，使用高精度量具多点测量试样横截面积、电压电极间距，取测量平均值记录。

装夹试样：选用适配的四端测试工装固定试样，保证四电极与试样接触紧密、位置固定，检查线路无虚接、短路。

仪器设置：根据材料预估电阻率，设定合适的恒定测试电流，限定合理通电时长。

测量读数及数据整理：待电流稳定后读取电压与电阻数值，代入公式计算电阻率，完整记录环境条件、仪器参数、试样信息，确保数据可复现、可追溯。