基于电压驱动的门控范德堡（Van Der Pauw）方法，用于精确提取氧化物薄膜晶体管（Oxide TFTs）中的沟道电阻和接触电阻

《Materials Today Physics》：Voltage-Driven gated Van Der Pauw method for Accurate Channel and Contact Resistance Extraction in Oxide TFTs

通道与接触特性同步精确提取的电压驱动范德帕乌斯方法研究，成功应用于SnO和IGZO薄膜晶体管，显著提升器件参数测量精度和重复性。

　　

李吴锡|阿里阿尔昆|李在镐|金智英|崔莉诺|李正焕

韩国仁川市仁荷大学材料科学与工程系，邮编22212

摘要

对p型和n型氧化物薄膜晶体管（TFT）的通道特性和接触特性进行精确表征，对于开发下一代低功耗互补金属氧化物半导体电路至关重要。然而，p型氧化物TFT由于孔浓度低以及接触处电荷注入效率低，导致接触电阻高和性能受限。为了解决这些问题，提出了一种电压驱动的门控范德保罗（V-gVDP）方法，该方法能够同时准确地提取通道片状电导（$$）和特定接触电阻率（$$），相比传统的电流驱动gVDP或传输线方法（TLM）具有更高的精度和重复性。V-gVDP中的电压差实现了空间解耦，可以在无需额外控制设备的情况下独立评估通道和接触特性。从V-gVDP提取的片状电阻（R_S）的相对标准偏差（RSD）在SnO和IGZO上分别降低了6倍和46倍，而$$的RSD相比TLM提高了51倍和10倍。V-gVDP方法成功应用于p型SnO和n型IGZO TFT，证明了其在不同载流子极性下的稳定性和通用性。这些结果展示了V-gVDP方法作为表征氧化物半导体和优化CMOS电路及接触工程的可靠且高精度平台的潜力。

章节摘录

引言

基于薄膜晶体管（TFT）的互补金属氧化物半导体（CMOS）技术已成为具有低功耗的先进电子应用的关键技术[1]、[2]、[3]、[4]。特别是氧化物半导体，凭借其低温加工性、高透明度和低漏电流特性，能够开发出低功耗和高性能的电子设备，使其非常适合下一代CMOS电路的发展[5]、[6]、[7]、[8]

传输线方法

TLM是一种广泛用于提取TFT中R_C的技术。该方法包括制造多个具有不同通道长度（L）的器件，并将宽度归一化的总电阻（_WR_T）作为L的函数进行线性绘制。可以通过将总电阻的线性拟合外推到L = 0来评估R_C，使用的是参考栅极驱动电压（V_{G-VT）的器件电阻[33]。此外，$$可以使用以下公式计算[23]、[34]、[35]。然而，该方法假设了线性关系}

结论

在本研究中，我们提出了V-gVDP方法，该方法能够从单个器件中同时精确提取通道和接触特性，无需额外的控制设备。我们通过将其应用于p型SnO和n型IGZO氧化物TFT来验证其有效性。与传统的TLM不同，后者对器件间的差异非常敏感，尤其是对于高R_C的器件（如p型TFT）来说不可靠，而V-gVDP方法从根本上

制备过程

所有器件均在重掺杂的p型Si晶圆上制备，使用100 nm厚的热生长SiO₂层作为栅极介质，形成传统的Si栅极结构。制备前进行了SC-1和SC-2清洗工艺。在仁荷大学3D汇聚中心，使用金属Sn靶材在Ar/O₂环境中（氧分压为10%）通过反应性射频溅射沉积了20 nm厚的SnO薄膜。溅射过程在工作压力下进行

CRediT作者贡献声明

李正焕：撰写 – 审稿与编辑、监督、资源管理、项目协调、资金获取、概念构思。金智英：撰写 – 审稿与编辑、数据管理。崔莉诺：撰写 – 审稿与编辑、监督、资金获取。阿里阿尔昆：方法研究、实验设计。李在镐：数据可视化、实验分析、数据管理、概念构思。李吴锡：初稿撰写、数据可视化、实验设计、正式分析、数据管理、概念构思

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益冲突或可能影响本文工作的个人关系。

数据可用性

数据可应要求提供。

利益冲突声明

? 作者声明没有已知的财务利益冲突或可能影响本文工作的个人关系。

致谢

本研究得到了以下支持：（1）韩国国家研究基金会（NRF）基础科学研究计划（由教育部资助，项目编号RS-2022-NR070869）；（2）韩国基础科学研究所（国家研究设施与设备中心）的资助（由教育部资助，项目编号RS-2022-NF000904）；（3）韩国国家研究基金会（NRF）纳米材料技术开发计划（由科学技术信息通信部资助，项目编号2022M3H4A1A03067131）