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金屬-半導體界面的電接觸電阻已成為半導體行業(yè)中越來越關鍵但尚未解決的問題，它阻礙了電子設備的最終規(guī)?；托阅堋．a(chǎn)生這種電阻的主要原因是在金屬電極和半導體之間形成的能量勢壘（肖特基勢壘），這是由于（I）金屬功函數(shù)和半導體電子親和勢能之間的能量差，以及（II）金屬誘導的間隙狀態(tài)（MIGS），導致了費米能級釘扎。

先進的超硅電子技術既需要溝道材料，也需要發(fā)現(xiàn)超低電阻觸點。厚度為原子層的二維半導體具有實現(xiàn)高性能電子設備的巨大潛力。但是，由于金屬誘導的間隙狀態(tài)（MIGS），金屬-半導體界面處的能壘從根本上導致了高的接觸電阻和較差的電流傳輸能力，進而限制了二維半導體場效應晶體管（FET）的改進。

為此，麻省理工學院（MIT）Pin-Chun Shen，Jing Kong和臺積電Lain-Jong Li聯(lián)合報道了在半金屬鉍與半導體單層過渡金屬二硫化物（TMDs）之間實現(xiàn)了歐姆接觸，其中金屬誘導的間隙狀態(tài)被充分抑制，與鉍接觸形成TMD的簡并態(tài)。通過這種方法，研究人員在單層MoS₂上實現(xiàn)了零肖特基勢壘高度，123歐姆微米的接觸電阻和1,135微安每微米的通態(tài)電流密度；這兩個值是有史以來的最低值和最高值。此外，研究人員還證明了在不同的單層半導體上可以形成良好的歐姆接觸，包括MoS₂，WS₂和WSe₂。該研究報道接觸電阻對于二維半導體來說是一個實質(zhì)性的改進，并且接近量子極限。這項技術揭示了高性能單層晶體管的潛力，可以與最先進的三維半導體相媲美，從而可以進一步縮小器件尺寸并擴展摩爾定律。

相關結(jié)果以“Ultralow contact resistance between semimetal and monolayer semiconductors”為題發(fā)表在Nature期刊上。

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圖1：半金屬與半導體接觸時的間隙態(tài)飽和概念

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圖2：單層MoS₂ FET中歐姆接觸和肖特基接觸的比較

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圖3：歐姆接觸的晶體結(jié)構和機制

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圖4：Bi接觸2D半導體技術的基準

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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