复旦大学合作最新《Science》
2026-08-31 22二维半导体（如MoS₂、WSe₂）因其原子级薄体厚度和优异的栅控能力，被认为是超越硅基晶体管缩放极限的理想沟道材料。然而，金属-二维半导体界面处的强费米能级钉扎效应导致肖特基势垒高、接触电阻大，严重制约了器件性能。
2026年8月27日，复旦大学王建禄，新加坡国立大学李连忠，湖南大学廖蕾、柳畅，中科院上海技物所王旭东合作在Science 在线发表题为“Direct evaporation of single-crystal metal contacts for 2D semiconductors”的研究论文。该研究开发了一种原子级分步蒸发（Step-Eva）方法，在单层MoS₂和WSe₂上直接生长出单晶金属（sc-metal） 薄膜（Bi、Ag、In、Au、Pd），实现了清洁界面、接近量子极限的接触电阻和优异的热稳定性，为二维半导体电子学的大规模集成扫清了关键障碍。
二维（2D）半导体因其原子级薄度和优异的静电性能，被广泛认为是将晶体管缩放推向硅基极限之外的有前景的沟道材料。然而，其实用化受到缺乏可扩展且可靠的接触技术的限制。在常规金属-2D界面处，强费米能级钉扎（FLP）产生大的肖特基势垒和高接触电阻。转移金属接触可通过避免沉积诱导的损伤来缓解FLP，但由此产生的范德华（vdW）间隙引入了隧穿势垒，阻碍了低电阻界面的实现。
半金属接触如铋（Bi）和锑（Sb）通过抑制金属诱导的带隙态实现了创纪录的低n型电阻，但其热稳定性差阻碍了其与互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺的集成。原子层键合方法—如金-钼-硫（Au-Mo-S）界面重构—提供了改善的热稳定性，但涉及相当大的工艺复杂性，且其适用于p型接触尚未得到验证。与此同时，可扩展的p型接触解决方案仍滞后。因此，开发一种可扩展、低电阻、CMOS兼容的接触技术仍然是2D电子学的核心挑战。
该研究开发了一种原子级逐层蒸发方法，可在单层半导体上直接生长具有清洁界面的单晶金属。该方法进入了一个独特的生长动力学窗口，可抑制二次成核并促进横向聚并，从而实现多种金属——包括铋、银、铟、金和钯——在二硫化钼（MoS₂）和二硒化钨（WSe₂）上的范德华外延生长。单晶金属支持超薄导电，提供空间均匀的功函数，并表现出改善的热稳定性。作为接触层，它们显示出最小的费米能级钉扎，接近肖特基-莫特极限。采用铋和钯接触时，单层MoS₂和WSe₂晶体管分别实现了36 Ω·μm和145 Ω·μm的超低n型和p型接触电阻，短沟道电流均超过1.1 mA/μm。
