有機薄膜晶體管（TFTs）的高頻性能受限于接觸電阻（RC），尤其是在短通道L < 10 μm 和高遷移率μ > 1 cm2（V?s）條件下。即使采用相同材料和工藝，接觸電阻仍存在顯著的批次間差異。這種變異性對器件性能的可靠性和規(guī)?；a(chǎn)提出了挑戰(zhàn)。本研究通過Xfilm埃利TLM接觸電阻測試儀的高精度傳輸線法分析，結合通道形貌的納米級表征，系統(tǒng)揭示了接觸電阻的測量誤差來源及其變異性機制，旨在為優(yōu)化器件設計和工藝控制提供理論依據(jù)。

材料與器件制備

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(a) 底柵-底接觸（倒置共面）器件架構的有機TFT橫截面示意圖；(b)研究中使用的分子化學結構

• 半導體材料：DPh-DNTT、DNTT、PhC? - BQQDI、DN4T等，真空沉積于硅基底。
• 器件結構：底柵-底接觸（倒置共面）架構，金源漏電極通過模板光刻制備，表面功能化PFBT或MeSTP單層以調節(jié)功函數(shù)。
• 工藝參數(shù)：基底溫度（p型90°C，n型140°C）、沉積速率（0.03–0.04 nm/s）、真空壓力（10??–10?? mbar）。

接觸電阻的顯著變化性

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(c) DPh-DNTT TFT的典型轉移特性曲線;(d) 通道長度4 μm的DPh-DNTT TFT轉移特性曲線;(e) TLM分析：總器件電阻與通道長度的關系;(f) 有效載流子遷移率與通道長度的關系

(a)模板光刻制備的金源漏電極TFT的SEM圖像;(b)超過1100個TFT的實際通道長度（SEM測量）與標稱通道長度的關系;(c) 使用實際通道長度與標稱通道長度進行TLM分析提取的DPh-DNTT接觸電阻對比;(d) 數(shù)據(jù)重繪以突出 (RCW)actual與 (RCW)nom的相對偏差通過電學表征，研究團隊發(fā)現(xiàn)：

• 當使用標稱通道長度(Lnom）進行TLM分析時，接觸電阻被系統(tǒng)性地高估。
• SEM圖像顯示，金源漏電極的實際通道長度 (Lactual= 2.53μm）比標稱值（2μm）長0.53 μm。統(tǒng)計1100多個TFT的通道長度偏差，中位值(ΔL = +0.6μm)，導致接觸電阻被高估約10%。

這一結果表明，通道長度的工藝偏差是TLM分析中不可忽視的系統(tǒng)誤差來源，尤其在短通道器件中影響更為顯著。

TLM的可靠性剖析

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半導體薄層電阻對TLM提取接觸電阻可靠性的影響半導體器件關鍵參數(shù)對比

TLM的核心是通過線性擬合RtotalW = RsheetL + RCW提取接觸電阻。然而，其可靠性受以下因素制約：

• 半導體薄層電阻（Rsheet）的影響：當Rsheet較高時（如PhC?? BQQDI的1.39 MΩ/），忽略ΔL會引入高達46%的系統(tǒng)誤差。
• 統(tǒng)計誤差與最小通道長度的選擇：對于高Rsheet材料（如DN4T的2.15 MΩ/），其統(tǒng)計誤差σ = 43Ωcm甚至超過接觸電阻本身（25Ωcm）。此時需通過Λ = RCW / Rsheet確定最小通道長度（如DN4T需L < 0.12 μm），否則TLM結果不可靠。

TLM分析的優(yōu)化需結合實際通道長度測量，并針對不同半導體材料調整通道長度范圍。

接觸電阻的變異性

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接觸電阻分布直方圖通過分析174個基底上的TFT數(shù)據(jù)，研究發(fā)現(xiàn)：

• 批次間差異顯著：DPh-DNTT器件的接觸電阻中位值為160 Ωcm，但跨度達28Ωcm至1 kΩcm；DNTT與PhC??BQQDI的變異性同樣顯著。
• 批次內一致性較高：同一批次基底的接觸電阻變異僅為12%（DPh-DNTT）和16%（PhC?? BQQDI），遠低于批次間差異（>100%）。

這表明，接觸電阻的變異性主要源于不可控的隨機工藝波動，而非系統(tǒng)性參數(shù)偏差。

環(huán)境參數(shù)的相關性

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DPh-DNTT TFT性能參數(shù)與環(huán)境條件的相關性DPh-DNTT TFT工藝參數(shù)與器件參數(shù)的相關系數(shù)矩陣為探究變異性來源，研究團隊分析了實驗室濕度（rH）、半導體沉積真空壓力（pOSC）及電極沉積壓力（pcontact）的影響：

• 弱相關性：所有環(huán)境參數(shù)與接觸電阻的相關系數(shù)|c| < 0.25。僅觀察到微弱趨勢，如低pOSC（更高真空度）可能減少界面缺陷，略微降低RCW(c = -0.25）。
• 遷移率與閾值電壓的獨立性：本征遷移率μ0與閾值電壓Vth同樣未表現(xiàn)出強相關性，表明接觸電阻的波動主要與接觸-半導體界面特性相關。

環(huán)境參數(shù)對接觸電阻的影響有限，變異性更可能源于微觀界面形貌的隨機差異（如分子排列、缺陷分布）。TLM優(yōu)化方向：必須通過SEM精確測量實際通道長度，避免ΔL引入系統(tǒng)誤差。針對高薄層電阻材料，需包含更短通道器件（L < Λ）以提高分析可靠性。接觸電阻的隨機性本質： 批次間差異主要由不可控的隨機工藝波動主導，環(huán)境參數(shù)影響微弱。未來研究需聚焦界面形貌的微觀表征（如AFM、XPS），以揭示分子級機制。

Xfilm埃利TLM電阻測試儀

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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備，廣泛應用于電子元器件、導電材料、半導體、金屬鍍層、光伏電池等領域。■靜態(tài)測試重復性≤1%，動態(tài)測試重復性≤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本研究通過Xfilm埃利TLM接觸電阻測試儀的系統(tǒng)性數(shù)據(jù)采集與誤差分析，明確了有機TFT接觸電阻的核心挑戰(zhàn)，為高頻、高可靠性器件的開發(fā)提供了關鍵方法論支持。

原文出處：《Reliability of the Transmission Line Method and Reproducibility of the Measured Contact Resistance of Organic Thin-Film Transistors》

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