抵抗率(比抵抗)とは

Resistivity

最終更新:2026-09-14製造プロセス

抵抗率(比抵抗)とは?

抵抗率(比抵抗)とは、材料の電気の流れにくさを形状によらず表した物性値(Ω·cm)で、抵抗は R = ρL/A と書けます。半導体では ρ = 1/{q(nμ_n + pμ_p)} となり、キャリア濃度と移動度の積でしか決まらない点が重要です。シリコンは真性で約3×10⁵Ω·cm、デバイス用ウェハでは0.001〜100Ω·cm と、ドーピングで桁が動きます。

定義・解説

抵抗率(比抵抗)とは、材料の電気の流れにくさを形状によらず表した物性値で、単位はΩ·cm です。断面積 A・長さ L の一様な試料の抵抗 R は R = ρL/A と書け、抵抗率 ρ が分かれば任意の形状の抵抗を計算できます。

半導体の抵抗率は ρ = 1/{q(nμ_n + pμ_p)} と表されます。ここで重要なのは、抵抗率がキャリア濃度と移動度の積でしか決まらないという点です。抵抗率が同じ2枚のウェハでも、キャリア濃度と移動度の組み合わせは全く違うことがあり得ます。両者を分けて知るにはホール効果測定が必要になります。

シリコンの抵抗率は、ドーピングによって桁で動きます。不純物を含まない真性シリコンは室温でおよそ3×10⁵Ω·cm と絶縁体に近い一方、デバイス用のウェハは用途に応じて0.001〜100Ω·cm 程度に作り分けられます。パワーデバイスの耐圧層には高抵抗率(低ドープ)の層が、低抵抗が要る基板やコンタクト領域には低抵抗率(高ドープ)の層が使われます。抵抗率とドーピング濃度の換算には、実測に基づくアーヴィン曲線が広く使われています。

薄い層を扱うときは、抵抗率の代わりにシート抵抗(ρ/t、単位Ω/sq)を使うのが一般的です。膜厚を独立に測らなくても面方向の導電性を比較でき、拡散層・注入層・金属薄膜の評価に向くためです。

測定手法は目的で選びます。ウェハの面内分布を見るなら四探針法、切り出した試料片の絶対値評価とホール測定を兼ねるならファンデルパウ法、製品ウェハを傷つけたくない場合は渦電流式などの非接触法が使われます。

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よくある質問(FAQ)

抵抗率とシート抵抗はどう使い分けますか?
厚みのあるバルク材料には抵抗率(Ω·cm)、薄い層にはシート抵抗(Ω/sq、ρを膜厚で割った値)を使います。薄膜では膜厚を独立に測るのが難しく、シート抵抗なら膜厚を知らなくても面方向の導電性を比較できるためです。
抵抗率が同じなら材料の性質も同じですか?
違います。半導体の抵抗率はキャリア濃度と移動度の積でしか決まらないため、抵抗率が同じでも「キャリアが多く動きにくい」材料と「少なくてよく動く」材料があり得ます。両者を分けて知るにはホール効果測定が必要です。
抵抗率からドーピング濃度は分かりますか?
換算表を使えば概算できます。実測に基づくアーヴィン曲線が広く使われており、抵抗率と導電型からドーピング濃度を読み取れます。ただし完全電離と単一ドーパントを前提にした換算なので、補償が効いている試料では実際と食い違います。

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