4H-碳化硅（4H-SiC）因其寬禁帶（3.26 eV）、高熱導(dǎo)率（4.9 W·cm?1·K?1）和高擊穿場(chǎng)強(qiáng)（2.5 MV·cm?1），成為高溫、高功率電子器件的核心材料。然而，其歐姆接觸的精準(zhǔn)表征面臨關(guān)鍵挑戰(zhàn)：商用襯底的高摻雜特性導(dǎo)致電流擴(kuò)散至襯底深層，使得傳統(tǒng)傳輸線法（TLM）測(cè)得的特定接觸電阻（SCR）顯著偏離真實(shí)值。本研究結(jié)合Xfilm埃利TLM接觸電阻測(cè)試儀，通過(guò)TCAD模擬與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，提出一種基于隔離層的優(yōu)化結(jié)構(gòu)，為SCR的準(zhǔn)確測(cè)定提供了新方案。

TLM測(cè)量原理

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(a) 圓形c-TLM方法示意圖(b) 歐姆接觸電阻隨電極間距變化的典型曲線

TLM模型：通過(guò)測(cè)量不同間距s電極的電阻R，結(jié)合修正因子C?（R?為內(nèi)電極半徑）可提取轉(zhuǎn)移長(zhǎng)度 LT與SCR，R??為薄層電阻。

商用襯底的測(cè)量瓶頸

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激光退火Ti/4H-SiC接觸的I-V特性曲線(b) 校正后電阻隨間距的變化

金屬-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的電阻組成示意圖實(shí)驗(yàn)采用

激光退火制備Ti/4H-SiC接觸，I-V曲線雖呈線性，但修正電阻-間距曲線線性度差（相關(guān)系數(shù)0.46），且電阻值極低（150-180 mΩ）。仿真重現(xiàn)該結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，350μm厚襯底中電流深入擴(kuò)散，導(dǎo)致總電阻Rtotal=Rm+RC+Rsh中Rsh占比過(guò)小，間距變化對(duì)電阻影響微弱，難以準(zhǔn)確提取SCR。

高摻雜襯底對(duì)SCR測(cè)定的影響

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直接制備于350 μm厚4H-SiC襯底上的c-TLM結(jié)構(gòu)圖(b) 1 V偏壓下電流密度分布(c) 橫截面視圖(d) 不同間距的模擬I-V曲線(e) 電阻隨間距的變化

厚襯底（350μm）仿真

• 電流分布：電子主要沿電極間流動(dòng)，但顯著向襯底深處擴(kuò)散。
• 電阻特性：不同間距下電阻集中分布在150-180 mΩ，間距依賴(lài)性弱，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。
• 問(wèn)題根源：高摻雜（1×101? cm?3）襯底電阻率低，電流無(wú)法局域化。

(a) 2 μm薄襯底上c-TLM結(jié)構(gòu)的模擬I-V曲線(b) 電阻隨間距顯著變化薄襯底（2μm）仿真

• 電流局域化：超薄襯底強(qiáng)制電流集中在接觸附近，I-V曲線間距依賴(lài)性顯著，電阻隨間距線性增加（1.3-3.5Ω）。
• 局限性：實(shí)際工藝難以實(shí)現(xiàn)2μm厚SiC襯底加工。

(a) 含隔離層的結(jié)構(gòu)示意圖(b)-(c) 1 V偏壓下電流密度的3D與橫截面分布(d) 不同間距的I-V曲線(e) 電阻隨間距變化

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：在襯底與n?層間插入低摻雜隔離層，通過(guò)調(diào)節(jié)其厚度（1?40 μm）與摻雜濃度（5×1013?1×101? cm?3）優(yōu)化電流限制效果。 關(guān)鍵結(jié)論：

(a) 隔離層摻雜為1×101??at?cm?3時(shí)，SCR計(jì)算值隨厚度的變化；(b) 隔離層摻雜為5×1013?at?cm?3時(shí)的變化；虛線：2 μm厚理想隔離層的參考SCR值

• 摻雜濃度：隔離層需≤5×1013 cm?3。若摻雜為1×101? cm?3，SCR測(cè)定誤差可達(dá)5.5倍（如SCR真實(shí)值1×10?? Ω·cm2時(shí)，測(cè)得值5.5×10?? Ω·cm2）。
• 厚度：厚度≥5 μm時(shí)，SCR誤差<7%。例如，5 μm/5×1013 cm?3隔離層可將SCR=1×10?? Ω·cm2的誤差降至1.07倍。
• 物理機(jī)制：低摻雜隔離層顯著提升電阻率，迫使電流集中于頂部n?層。

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與性能對(duì)比

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(a) 激光退火Ti/4H-SiC接觸的I-V特性；(b) 校正后電阻隨間距的變化

鈦（Ti）接觸實(shí)驗(yàn)：

• 結(jié)構(gòu)參數(shù)：5.6 μm厚隔離層（5×1013 cm?3） + 2.6 μm n?層（1.9×101? cm?3）。
• 工藝：100 nm Ti濺射 + 激光退火（5.0 J·cm?2） + 離子束刻蝕c-TLM圖案。
• 結(jié)果：I-V曲線線性，SCR=1×10?? Ω·cm2，電阻-間距曲線相關(guān)性顯著提升（R2 ≈ 1)。

鎳（Ni）接觸對(duì)比：相同結(jié)構(gòu)下，SCR進(jìn)一步降至2.4×10?? Ω·cm2，驗(yàn)證了方案的普適性。 本研究通過(guò)系統(tǒng)模擬與實(shí)驗(yàn)，揭示了高摻雜襯底對(duì)特定接觸電阻（SCR）測(cè)定的干擾機(jī)制，并提出了一種基于傳輸線法（TLM）-隔離層的優(yōu)化方案。摻雜的隔離層可有效限制電流分布，將特定接觸電阻（SCR）測(cè)定誤差降至7%以?xún)?nèi)，為4H-SiC功率器件的歐姆接觸優(yōu)化提供了可靠表征方法。

Xfilm埃利TLM電阻測(cè)試儀

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Xfilm埃利TLM接觸電阻測(cè)試儀用于測(cè)量材料表面接觸電阻或電阻率的專(zhuān)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(cè)試重復(fù)性≤1%，動(dòng)態(tài)測(cè)試重復(fù)性≤3%■ 線電阻測(cè)量精度可達(dá)5%或0.1Ω/cm■ 接觸電阻率測(cè)試與線電阻測(cè)試隨意切換■ 定制多種探測(cè)頭進(jìn)行測(cè)量和分析本文提出的隔離層-傳輸線法（TLM）聯(lián)合方案，結(jié)合Xfilm埃利TLM接觸電阻測(cè)試儀的高精度測(cè)量能力，為4H-SiC功率器件的歐姆接觸工藝優(yōu)化提供了標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試流程。

原文參考：《How to Accurately Determine the Ohmic Contact Properties on n-Type 4H-SiC》

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