不同测试结构在超低比接触电阻提取中的比较评估：综述

A Comparative Evaluation of Different Test Structures for the Extraction of Ultralow Specific Contact Resistivity: A Review

查看原文 · IEEE Xplore DOI: 10.1109/TED.2025.11146399

作者	Xianglie Sun · Xu Chen · Jun Luo
期刊	IEEE Transactions on Electron Devices
出版日期	2025年9月
技术分类	电动汽车驱动
相关度评分	★★★★ 4.0 / 5.0
关键词	接触电阻 CMOS晶体管比接触电阻率测试结构传输线模型

语言:

中文摘要

接触电阻（$R_{c}$）在先进的互补金属氧化物半导体（CMOS）晶体管的导通电阻中占很大比例。随着CMOS器件不断小型化，降低$R_{c}$成为一项关键挑战，这使得降低比接触电阻率（$\rho _{c}$）变得愈发迫切。当$\rho _{c}$值已降至低于$10^{-9}~\Omega \cdot$cm²范围时，要准确可靠地提取如此超低的$\rho _{c}$，就需要开发先进的测试结构。在这篇综述中，详细研究了传统的传输线模型（TLM）和圆形传输线模型（CTLM）测试结构。此外，还讨论了基于CTLM的多环圆形传输线模型（MR - CTLM）测试结构。然后，探讨了几种由TLM衍生而来的改进测试结构，包括改进型传输线模型（RTLM）、梯形传输线模型（LTLM）和改进型梯形传输线模型（R - LTLM），特别关注了降低或消除寄生金属电阻。此外，还对这些基于TLM的各种测试结构进行了实验对比。而且，还展示了许多针对其他寄生参数的改进测试结构。

English Abstract

Contact resistance ( R_c ) constitutes a significant portion of the on-state resistance in advanced complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) transistors. The reduction of R_c presents a critical challenge with the ongoing miniaturization of CMOS devices, making the reduction of specific contact resistivity ( _c ) increasingly imperative. As _c values have been driven down to the sub- 10^-9~ -cm2 range, the accurate and reliable extraction of such ultralow _ c necessitates the development of advanced test structures. In this review, the conventional transmission line model (TLM) and circular TLM (CTLM) test structures are examined in detail. Furthermore, multiring CTLM (MR-CTLM) test structure based on CTLM is discussed. Then, several modified test structures derived from TLM are explored, including refined TLM (RTLM), ladder TLM (LTLM), and refined LTLM (R-LTLM), with a particular focus on the reduction or elimination of parasitic metal resistance. In addition, an experimental comparison of these various TLM-based test structures is provided. Moreover, many modified test structures that address other parasitic parameters are also demonstrated.

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看，这篇关于超低接触电阻率测量技术的论文虽然聚焦于CMOS半导体领域，但其核心技术原理对我们的功率半导体器件开发具有重要借鉴意义。

在光伏逆变器和储能系统中，功率器件（如IGBT、SiC MOSFET）的接触电阻直接影响导通损耗和系统效率。随着我们向更高功率密度、更高转换效率的产品演进，接触电阻的精确测量与优化变得愈发关键。论文提出的改进型传输线模型（TLM）测试结构，特别是RTLM、LTLM等消除寄生金属电阻的方法，可为我们的功率器件接触界面表征提供新的测量范式。

当前阳光电源在1500V高压系统和大功率储能变流器领域的技术突破，对器件接触电阻的要求已进入亚毫欧姆级别。虽然功率器件的接触电阻率量级（10^-6 Ω·cm²）高于论文所述的先进CMOS器件（10^-9 Ω·cm²），但测量方法学的演进逻辑是相通的。特别是在我们研发碳化硅模块和新一代电力电子器件时，如何准确剥离寄生参数、建立可靠的接触电阻表征体系，将直接影响产品的设计优化和良率提升。

技术挑战在于功率器件的大电流、高温工作环境与微电子器件差异显著，需要适配性改造测试结构。但机遇同样明显：建立标准化的接触电阻测试平台，可加速我们在第三代半导体器件封装、银浆烧结工艺、母排连接技术等关键领域的研发迭代，最终转化为系统效率提升0.2-0.5个百分点的竞争优势，这在大型地面电站和工商业储能项目中将产生可观的经济价值。