傳輸線方法（TLM）作為常見的電阻測量技術(shù)，廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體器件中溝道電阻與接觸電阻的提取。傳統(tǒng)的TLM模型基于理想歐姆接觸假設(shè)，忽略了界面缺陷、勢壘等非理想因素引入的界面電阻，尤其在氧化物半導(dǎo)體如氧化鋅中，這一簡化可能導(dǎo)致關(guān)鍵參數(shù)的顯著偏差。ZnO因其寬禁帶、高激子結(jié)合能等特性，在薄膜晶體管、傳感器和存儲器等器件中具有重要應(yīng)用價值，其界面特性的準確表征尤為關(guān)鍵。

Xfilm 埃利的 TLM 接觸電阻測試儀，憑借高精度與智能化特性，為半導(dǎo)體界面電阻研究提供了可靠的測量支持，以下結(jié)合實驗深入分析TLM 在金屬 - 氧化鋅（ZnO）界面電阻中的應(yīng)用與改進。

(a) 基本矩形 TLM 圖案的俯視圖和 (b) 制造的 TLM 圖案設(shè)備的顯微鏡視圖

器件制備：在Si 襯底上1000℃氧氣氛圍下熱氧化60 min 生成 SiO?層；旋涂負性光刻膠并圖形化后，采用原子層沉積（ALD）制備ZnO 薄膜，經(jīng)剝離工藝形成ZnO 有源圖形。

變量控制：一組器件進行O?預(yù)退火（250℃、60 min）以調(diào)控氧空位；采用射頻等離子體濺射沉積Ti 或 TiN 作為金屬電極，TLM 電極間距 10~100 μm，ZnO 與金屬接觸寬度 200 μm。

測試條件：用半導(dǎo)體參數(shù)分析儀測量I-V 特性，所有測試在室溫、無光照的屏蔽箱中進行，通過恒溫卡盤控制溫度。

改進傳輸線法TLM

/Xfilm

1. I-V 特性與等效電路

I-V測試結(jié)果顯示，制備的ZnO TLM器件在低電壓區(qū)間（0–1.5 V）呈現(xiàn)良好線性關(guān)系，隨電壓升高出現(xiàn)電流飽和現(xiàn)象。通過構(gòu)建包含兩個背對背肖特基二極管的等效電路模型，研究者指出在低偏壓范圍內(nèi)，電流主要由接觸電阻和溝道電阻主導(dǎo)，而非熱電子發(fā)射機制。這一發(fā)現(xiàn)明確了TLM參數(shù)提取應(yīng)在低電壓線性區(qū)進行，以規(guī)避肖特基勢壘的非線性影響。

2.傳統(tǒng)TLM的局限與界面電阻的引入

理想歐姆接觸條件下具有金屬電極的ZnO 半導(dǎo)體中電流密度的 TCAD 模擬（COMSOL）結(jié)果。（a）顯示器件結(jié)構(gòu)，（b）是顯示電流傳輸長度 L 的示意圖，其中電流減小到 (1-e)I，（c）是通過界面的電流與界面長度 x 的關(guān)系。

基于傳統(tǒng)TLM模型提取的電流傳輸長度達16.9 μm，而通過COMSOL進行的理想歐姆接觸模擬顯示，實際傳輸長度應(yīng)在亞微米級別。這一顯著差異源于傳統(tǒng)模型將接觸電阻簡單視為溝道電阻的延伸，未考慮界面非理想性。研究團隊據(jù)此提出修正改進TLM模型，將接觸電阻明確拆分為由傳輸長度貢獻的部分和獨立的界面電阻部分，從而更真實地反映界面物理。

3.金屬電極與O?預(yù)退火對界面電阻的影響

為驗證界面電阻的物理來源，研究比較了Ti與TiN電極器件的接觸電阻。結(jié)果顯示，TiN器件的接觸電阻是Ti器件的3.3倍。除功函數(shù)差異外，Ti的高氧親和性可能導(dǎo)致ZnO-Ti界面處產(chǎn)生更多氧空位，這些氧空位形成的帶隙中間陷阱可充當(dāng)隧穿路徑，從而降低界面電阻。O?預(yù)退火實驗進一步支持該觀點：退火后接觸電阻的激活能降低27%，說明熱處理通過調(diào)節(jié)界面氧空位濃度影響了接觸特性。

4.改進TLM模型下的參數(shù)提取與重要性

不同溫度下的TLM測量結(jié)果

基于改進后的TLM模型，研究者成功分離了界面電阻并提取了ZnO溝道的本征電學(xué)參數(shù)。結(jié)果顯示，在10 μm溝道長度下，溝道電阻僅占總電阻的23%。若忽略界面電阻，載流子遷移率將被低估約四個數(shù)量級，電阻溫度系數(shù)的評估也會出現(xiàn)顯著偏差。這突顯了在氧化物半導(dǎo)體器件中準確去嵌界面貢獻的必要性。

本研究針對ZnO 器件改進 TLM，提出二極管- 二極管模型，明確低電壓區(qū)測量的必要性，修正公式納入界面電阻，解決傳統(tǒng) TLM 高估電流傳輸長度的問題；通過Ti/TiN 電極對比與 O?預(yù)退火實驗，證實氧空位對界面電阻的影響，成功提取ZnO 遷移率與 TCR。Xfilm 埃利的 TLM 接觸電阻測試儀，憑借高精度測量能力，可有效支持金屬- 半導(dǎo)體界面電阻的精準表征，為類似ZnO 器件的性能優(yōu)化與工藝改進提供可靠工具，助力半導(dǎo)體檢測技術(shù)在材料研發(fā)中的深度應(yīng)用。

Xfilm埃利TLM電阻測試儀

/Xfilm

Xfilm埃利TLM接觸電阻測試儀用于測量材料表面接觸電阻或電阻率的專用設(shè)備，廣泛應(yīng)用于電子元器件、導(dǎo)電材料、半導(dǎo)體、金屬鍍層、光伏電池等領(lǐng)域。

?

靜態(tài)測試重復(fù)性≤1%，動態(tài)測試重復(fù)性≤3%

線電阻測量精度可達5%或0.1Ω/cm

接觸電阻率測試與線電阻測試隨意切換

定制多種探測頭進行測量和分析

通過使用Xfilm埃利TLM接觸電阻測試儀進行定量測量的實驗手段，可精確表征和驗證理論預(yù)測的超低接觸電阻特性。

#傳輸線方法TLM#半導(dǎo)體電阻測量#TLM接觸電阻測試儀#電阻測量

原文參考：《Analysis of metal and zinc oxide semiconductor interface resistance using transmission line method》

*特別聲明：本公眾號所發(fā)布的原創(chuàng)及轉(zhuǎn)載文章，僅用于學(xué)術(shù)分享和傳遞行業(yè)相關(guān)信息。未經(jīng)授權(quán)，不得抄襲、篡改、引用、轉(zhuǎn)載等侵犯本公眾號相關(guān)權(quán)益的行為。內(nèi)容僅供參考，如涉及版權(quán)問題，敬請聯(lián)系，我們將在第一時間核實并處理。