Flexfilm專注于電阻/方阻及薄膜電阻檢測領域的創新研發與技術突破，致力于為全球集成電路和光伏產業提供高精度、高效率的量檢測解決方案。公司以核心技術為驅動，深耕半導體量測裝備及光伏電池電阻檢測系統的研發。

在半導體以及光伏器件制造中，接觸電阻的精確測量是優化器件性能的關鍵。本文結合專業文獻深入解析接觸電阻的測量原理及TLM技術，并通過實例演示如何計算關鍵參數。

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測量接觸電阻重要性

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傳統的四探針法和范德堡法通過四電極（兩電流、兩電壓）測量方塊電阻（RS），可有效規避接觸電阻的影響。然而，晶體管等實際器件中，金屬-半導體接觸是必不可少的組成部分，接觸電阻（RC）會直接影響器件性能。因此，分離并量化接觸電阻至關重要。

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總電阻的構成與簡化模型

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上圖所示的一個條形電阻結構。兩個觸點位于桿的兩端，每個觸點的接觸面積均為AC，總電阻包含三部分：

金屬電阻（Rm）：通常極小（金屬電導率高），可忽略。

接觸電阻（RC）：集中在金屬/半導體界面。

半導體電阻（Rsemi）：與電阻長度L成正比，即

簡化后：

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提取接觸電阻的實驗步驟

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設計不同長度的電阻器：保持寬度W不變，僅改變長度L。

測量總電阻RT：對每個長度進行測試。

繪制RT-L曲線：擬合直線，其斜率對應RS/W，截距為2RC。

關鍵推導：

斜率 → 方塊電阻RS=斜率×W

截距 → 單側接觸電阻RC=截距/2

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接觸電阻率與傳輸長度

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接觸電阻與接觸面積相關，為標準化比較，引入接觸電阻率（ρC）：

ρC=RCAC 其中AC為接觸面積。

實際接觸中，在接觸面的邊緣，流入（或流出）的電流相當大。遠離該邊緣，電流逐漸減小，直至在遠離接觸面的邊緣處電流為零。這種現象被稱為“電流擁擠效應”。

對當前接觸擁擠情況的分析表明，其以指數形式下降，具有特征長度LT，該長度被稱為傳輸長度。這可以被視為接觸的有效長度。

傳輸長度是指電子（或空穴）在半導體中從接觸點下方移動到接觸點的平均距離。因此，接觸的有效面積可以視為LTW。

總電阻公式更新為：

RT與電阻長度的曲線圖也能給出傳輸長度，通過向橫軸外推，其中的截距= -2LT。因此，我們已知所有所需信息來求出接觸電阻率。

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TLM測試實例解析

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典型的TLM測試結構如上圖所示。有一個單一的矩形區域（圖中為藍色），其摻雜程度（即方塊電阻）與器件的接觸區相同。在摻雜區域上形成了一系列間距不同的接觸點（圖中為深灰色）。

各觸點對之間的電阻測量值可用于構建TLM圖。通過該圖可以確定RS、RC、LT和pC等參數。

案例1：CMOS工藝（TLM）

參數：W=100μm，W=100μm，L=10～160?μm

測量值：R1=7.59?Ω，R2=8.26?Ω，?…，R5=18.87?Ω

計算過程：

擬合直線方程：R=6.829?Ω+(0.0756?Ω/μm)L

方塊電阻：RS=0.0756×100=7.56?Ω

接觸電阻：RC=6.829/2=3.415?Ω

傳輸長度：LT=45.2μm

接觸電阻率：

ρC=3.415×45.2×100=1.54×10?4Ω.cm2

案例2：PMOS源漏擴散（TLM）

測量值：R1=76.7?Ω，R2=118.6?Ω，…，R5=648.9?Ω

結果：RS=371?Ω，?ρC=1.37×10?4Ω.cm2

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TLM測試結構設計要點

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均勻摻雜區域：確保測試區域與實際器件摻雜一致。

多間距接觸陣列：通過不同間距的接觸對測量，提高數據可靠性。

避免電流擁擠：優化接觸設計（如增加傳輸長度）以減小誤差。

TLM接觸電阻測試儀

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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。

• 靜態測試重復性≤1%，動態測試重復性≤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

接觸電阻的精確測量是半導體工藝優化的基石。TLM技術通過簡單直觀的線性擬合，不僅能提取接觸電阻和薄層電阻，還能深入分析接觸電阻率與傳輸長度。掌握這一方法，可有效指導器件設計與工藝改進。

原文出處：《Contact resistance and TLM measurements》