Nature: 半金属和单层半导体之间的超低接触电阻

第一作者：Pin-Chun Shen, Cong Su, Yuxuan Lin, Ang-Sheng Chou

通讯作者：Pin-Chun Shen, Lain-Jong Li，Jing Kong

通讯单位： 麻省理工学院(MIT)，台湾积体电路制造公司(TSMC)

先进的超越硅电子技术既需要通道材料，也需要发现超低电阻接触。原子薄的二维半导体具有实现高性能电子器件的巨大潜力。但是，到目前为止，由于金属引起的间隙态(MIGS)，金属-半导体界面处的能垒(从根本上导致高接触电阻和较差的电流传输能力)限制了二维半导体晶体管。最近， 麻省理工学院(MIT)Pin-Chun Shen和Jing Kong，台湾积体电路制造公司(TSMC)Lain-Jong Li 等人 在国际知名期刊 “Nature” 发表题为 “Ultralow contact resistance between semimetal and monolayer semiconductors” 的研究论文。他们报道了半金属铋与半导体单层过渡金属硫化合物(TMDs)之间的欧姆接触，其中MIGS被充分抑制，TMD中的简并态与铋接触形成。通过这种方法，他们在单层MoS2上实现了零肖特基势垒高度，接触电阻为123欧姆微米，通态电流密度为1135微安/微米。就他们所知，这两个值分别是尚未记录的最低和最高值。他们还证明了可以在包括MoS2、WS2和WSe2在内的各种单层半导体上形成出色的欧姆接触。他们报道的接触电阻是对二维半导体的实质性改进，并接近量子极限。这项技术揭示了与最新的三维半导体相媲美的高性能单层晶体管的潜力，从而可以进一步缩小器件尺寸并扩展摩尔定律。

图1：半金属-半导体接触的间隙态饱和的概念

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-021-03472-9

金属功函数：金属内部逸出到表面真空所需最小能量 半导体功函数：E0与费米能级的差 电子亲和能 使导带底的电子逸出体外所需最小能量 WSe2为P型半导体 半导体费米能级高于金属的费米能级 接触后，金属和半导体的费米能级相同，半导体的导带电子流向金属 电荷的流动在半导体表面形成正的空间电荷区（因为电子溜走了嘛） 那么半导体表面 和内部就会存在电势差，就是表面势Vs 接触电势差分布在空间电荷区和金属半导体表面间，当紧密接触时主要分布在空间电荷区 势垒高度为-qVs

一：经典自由电子理论金属电子被束缚能较低,可以在金属中自由移动.所以加了电压就可以导电. 而半导体是以共价键形式存在,原子核对最外层电子的束缚较强,所以电子不可以随意移动.但是由于半导体是体材料,所以有好多的原子就在一起,那么他们的电子壳层就交叠在一起了.如图,那么电子就可以在这些交叠的轨道上运动了,于是也可以导电. 二：量子自由电子理论这其实半导体和金属都是运用薛定谔的方程,再根据边界条件的值求解能量表达.他们的共同点是大都在纳米量级下才能观察到能量的量子化效应.比方说,普通金属在体材料即大块的时刻,有良好的导电导热性能,但是在纳米颗粒情况下就会绝缘. 半导体的量子化可以有量子阱,量子线,量子点等.这些情况下其能级发生分离,不再是连续的. 三：能带理论这也是区别半导体和金属的比较易理解的方式.首先晶体中电子的分布要满足一定的波函数,而波函数也随这晶格周期性的变化.最终得到电子的分布空间是一些带.带和带之间时禁带,即不能存在电子.晶体能够导电是其中的电子在外电场的作用下做定向运动.电子在外电场下做加速运动,于是电子的能量就发生改变.从而电子从能量较低的带跃迁到高的带.半导体,就是能量较低的带里全部填充电子,能量高的带没有电子,因为满所以就好比大家在一起挤着不能动,那么就没有电流.但是有了外力,电子就跃迁,满的地方就空出位置,从而让旁边的电子移动,从而形成电流.金属的较高地方也有电子那么较高的能带上就有电子有空位（空穴）,所以何时都能导电.

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