传输线法（TLM）优化接触电阻：实现薄膜晶体管电气性能优化

本文通过传输线方法（TLM）研究了不同电极材料（Ti、Al、Ag）对非晶Si-Zn-Sn-O（a-SZTO）薄膜晶体管（TFT）电气性能的影响，通过TLM接触电阻测试仪提取了TFT的总电阻（RT）和接触电阻（RC），结合电学表征和能带分析，发现Ti电极因形成欧姆接触且功函数差最小，显著提升了迁移率和亚阈值摆幅等关键参数。

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实验设计与制备

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(a)a-SZTO TFT结构示意图（底栅交错结构）(b)TLM测试样品结构示意图

 

采用重掺杂 p 型 Si 衬底（含 100 nm SiO₂），经清洗后通过射频溅射制备 a-SZTO 沟道层（溅射条件：10⁻⁶ mTorr、40 sccm Ar、50 W RF 功率）。TFT 为交错底栅结构，源漏电极（Ti/Al/Ag）分别通过电子束蒸发、热蒸发、直流溅射沉积，后经退火和图案化处理。TLM 样品用于电阻分析，沟道长度 10-100 μm，宽度 250 μm。

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电学性能

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(a)不同S/D电极的a-SZTO TFT转移曲线(b)a-SZTO TFT电学参数对比

 

传输曲线分析：不同电极的IDS-VGS曲线显示Ti电极器件性能最优。关键参数对比： 

• Ti电极：VTH=10.1 V, μFE=19.21 cm²/V·s, S.S=0.64 V/dec；
• Al电极：μFE=18.64 cm²/V·s；
• Ag电极：μFE=1.33 cm²/V·s（性能最差）。

成因解释：Ag电极形成肖特基接触（非线性电流行为），增大载流子注入势垒。

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能带分析

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a-SZTO沟道与不同S/D电极的能带图（a）Ti,（b）Al,（c）Ag

 

能带分析：不同S/D电极材料的功函数差异导致了a-SZTO通道层的带弯曲。Ti/Al（功函数<通道层）形成欧姆接触，Ag（功函数>通道层）形成肖特基接触（势垒高度~1.07 eV）。Ti的功函数与a-SZTO通道层的功函数差异最小，因此具有最佳的电学特性。

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TLM法与接触电阻 

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a-SZTO TFT的I-V曲线;(a)Ti;(b)Al;(c)Ag电极

TLM法分析的(a-c)总电阻RT与沟道长关系;(d)接触电阻RC对比

 

I-V特性（图4）：Ti/Al电极线性特征（欧姆接触），Ag非线性（肖特基接触）。总/接触电阻提取： （RT为总电阻，RS为方阻，RC为接触电阻）。结果：Ti电极接触电阻最低（5.5 Ω·cm²），Ag最高（因肖特基势垒），与μFE趋势一致。薄膜性能关联：高RC劣化μFE和S.S，Ti电极通过小功函数差优化了界面特性。结果表明，Ti电极（功函数4.33 eV）与a-SZTO通道层形成欧姆接触，接触电阻最低（5.5 Ω·cm²），且功函数差最小，导致器件性能最优。本研究探讨了不同源/漏（S/D）电极材料（Ag、Al、Ti）对非晶硅-锌-锡-氧化物（a-SZTO）薄膜晶体管（TFT）性能的影响。通过传输线方法（TLM）提取了器件的总电阻（RT）和接触电阻（RC），结合电学表征和能带分析，揭示了功函数差异对接触界面特性的关键作用。
 

TLM接触电阻测试仪

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TLM接触电阻测试仪用于测量材料表面接触电阻或电阻率的专用设备，广泛应用于电子元器件、导电材料、半导体、金属镀层、光伏电池等领域。

• 静态测试重复性≤1%，动态测试重复性≤3%
• 线电阻测量精度可达5%或0.1Ω/cm
• 接触电阻率测试与线电阻测试随意切换
• 定制多种探测头进行测量和分析

TLM接触电阻测试仪可以精确提取不同电极材料（Ti、Al、Ag）薄膜晶体管（TFT）的总电阻（RT）和接触电阻（RC），揭示功函数差与电气特性的关系。原文参考：Work function effect of metal electrodes on the performance of amorphous Si–Zn–Sn–O thin‑flm transistors investigated by transmission line method

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