TLM
核心概念：什么是TLM和接触电阻？
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接触电阻：当电流从金属电极流向半导体（或反之）时，在金属-半导体界面处会遇到一个额外的电阻，这个电阻并非来自材料本身，而是由界面特性（如势垒、界面态、污染等）引起。它严重影响着半导体器件（尤其是微电子器件）的性能。
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TLM：传输线模型，也称为传输线法。它是测量和提取半导体器件中金属-半导体接触电阻率的最常用、最标准的技术。
2. 为什么需要TLM？
简单地用万用表测量一个接触点的电阻得到的是“总电阻”，其中包含了：
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半导体本身的体电阻/扩散区电阻
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引线和探针的寄生电阻
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我们真正关心的——金属与半导体之间的接触电阻
TLM方法的巧妙之处在于，它通过一种特殊的测试结构，能够将接触电阻从总电阻中分离出来。
3. TLM 测试结构
TLM测试结构通常是一系列尺寸相同但间距不同的矩形接触孔。
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共同特征：
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所有接触垫的长度
L和宽度W相同。 -
接触垫位于一个相同掺杂浓度的半导体区域（如扩散区或有源层）上。
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关键变量：
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相邻接触垫之间的间距
d是不同的。例如，间距可以是 2μm, 4μm, 6μm, 8μm, 10μm 等。
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4. TLM 测量与数据分析原理
步骤 1：测量
使用探针台和半导体参数分析仪，测量每一对相邻接触垫之间的总电阻 R_total。
步骤 2：建立模型
根据传输线模型，两个接触垫之间的总电阻 R_total 可以表示为：R_total = 2 * R_c + R_sheet * (d / W)
其中：
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R_c：单个接触的接触电阻。这是我们想要得到的值之一。 -
R_sheet：半导体层（扩散区）的方块电阻。这是另一个我们想要提取的关键参数。 -
d：两个接触垫之间的间距。 -
W：接触孔的宽度。
步骤 3：绘图与线性拟合
将测量得到的一系列 R_total 值与其对应的间距 d 作图。根据上面的公式，这应该是一条直线。
步骤 4：提取参数
从拟合的直线中，我们可以直接读出两个关键参数：
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斜率：
斜率 = R_sheet / W→ 由此可计算出R_sheet（方块电阻）。 -
Y轴截距（当 d=0 时）：
截距 = 2 * R_c→ 由此可计算出R_c（单个接触电阻）。
步骤 5：计算最重要的参数——接触电阻率 ρ_cR_c 本身与接触面积有关，不是一个标准化的参数。为了公平地比较不同工艺或不同尺寸接触的性能，我们引入接触电阻率 ρ_c，其单位是 Ω·cm²。
ρ_c 的定义是：单位面积上的接触电阻。它可以通过以下公式计算：ρ_c = R_c * L * W
但更精确、更常用的方法是使用传输线模型的特征参数——转移长度 L_T：L_T = sqrt(ρ_c / R_sheet)
在TLM模型中，电流并非均匀地通过整个接触面，而是主要聚集在接触边缘的一个狭窄区域内。L_T 就代表了电流从半导体有效流入金属的“特征深度”。
最终，ρ_c 的计算公式为：ρ_c = R_c * W * L_T
在实践中，L_T 可以从TLM图中通过X轴截距求得。将直线反向延长至与X轴相交，交点值的绝对值即为 2 * L_T。
5. TLM 的意义与用途
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工艺监控：在半导体制造中，TLM是监控金属化工艺和退火工艺是否正常的关键测试结构。
ρ_c过高意味着接触工艺存在问题（如清洁不彻底、退火不足）。 -
器件设计：帮助设计者确定最优的接触孔尺寸。如果接触孔长度
L远大于L_T，那么再增加接触长度对降低电阻几乎没有效果。 -
性能评估：低的接触电阻率
ρ_c是高性能器件（如纳米晶体管、高频HEMT、激光器）的基本要求，因为它能减少不必要的电压降和热量产生。
总结
TLM（传输线模型）是一种通过测量一系列不同间距的接触电阻，利用线性拟合技术，精确分离并提取出半导体接触的方块电阻 R_sheet、接触电阻 R_c 以及最核心的参数——接触电阻率 ρ_c 的标准方法。它是半导体工艺开发和器件表征中不可或缺的工具。
