最新Nature：创造历史纪录，单层MoS2再次登顶！

金属-半导体界面的电接触电阻已成为半导体行业中越来越关键但尚未解决的问题，它阻碍了电子设备的最终规模化和性能。产生这种电阻的主要原因是在金属电极和半导体之间形成的能量势垒（肖特基势垒），这是由于（I）金属功函数和半导体电子亲和势能之间的能量差，以及（II）金属诱导的间隙状态（MIGS），导致了费米能级钉扎。

先进的超硅电子技术既需要沟道材料，也需要发现超低电阻触点。厚度为原子层的二维半导体具有实现高性能电子设备的巨大潜力。但是，由于金属诱导的间隙状态（MIGS），金属-半导体界面处的能垒从根本上导致了高的接触电阻和较差的电流传输能力，进而限制了二维半导体场效应晶体管（FET）的改进。

为此，麻省理工学院（MIT）Pin-Chun Shen，Jing Kong和台积电Lain-Jong Li联合报道了在半金属铋与半导体单层过渡金属二硫化物（TMDs）之间实现了欧姆接触，其中金属诱导的间隙状态被充分抑制，与铋接触形成TMD的简并态。通过这种方法，研究人员在单层MoS₂上实现了零肖特基势垒高度，123欧姆微米的接触电阻和1,135微安每微米的通态电流密度；这两个值是有史以来的最低值和最高值。此外，研究人员还证明了在不同的单层半导体上可以形成良好的欧姆接触，包括MoS₂，WS₂和WSe₂。该研究报道接触电阻对于二维半导体来说是一个实质性的改进，并且接近量子极限。这项技术揭示了高性能单层晶体管的潜力，可以与最先进的三维半导体相媲美，从而可以进一步缩小器件尺寸并扩展摩尔定律。

相关结果以“Ultralow contact resistance between semimetal and monolayer semiconductors”为题发表在Nature期刊上。

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图1：半金属与半导体接触时的间隙态饱和概念

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图2：单层MoS₂ FET中欧姆接触和肖特基接触的比较

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图3：欧姆接触的晶体结构和机制

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图4：Bi接触2D半导体技术的基准

Shen, PC., Su, C., Lin, Y. et al. Ultralow contact resistance between semimetal and monolayer semiconductors. Nature 593, 211–217 (2021).

https://doi.org/10.1038/s41586-021-03472-9

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