第一作者：Yuan Liu
通訊作者：段鑲鋒、黃昱
第一單位：加州大學洛杉磯分校（美國）
研究亮點：
1.創造了一種沒有化學無序和釘扎效應的金屬-半導體接觸界面
2.實現了對肖特基能壘高度的實驗調控
3.從實驗上證實了肖特基-莫特規則的極限
金屬-半導體異質結是現代電子器件和光電器件的核心，其最重要的特征參數之一是肖特基能壘高度，它決定了電荷載流子穿過異質結的能壘大小，從而決定了電荷傳遞效率和器件最終性能。
從理論上而言，在理想的金屬-半導體異質結中，肖特基能壘高度可以通過肖特基-莫特規則進行預測和調控。然而，自從20世紀30年代以來的80多年時間里，肖特基-莫特規則卻無法在實驗室給予正確的預測。這主要是因為，在實際體系中，金屬-半導體界面往往存在化學無序和費米能級釘扎效應。
有鑒于此，加州大學洛杉磯分校段鑲鋒和黃昱課題組報道了一種范德華金屬-半導體二維異質結，從實驗上實現了對肖特基能壘高度的調控，接近肖特基-莫特極限。
圖1. 范德華金屬-半導體異質結
研究人員將原子級超薄金屬薄膜層壓于二維半導體表面，避免了化學鍵的產生，創造了一種沒有化學無序和釘扎效應的金屬-半導體界面。接近于肖特基-莫特極限的肖特基能壘高度取決于金屬功函數，具有高度可調控性。
圖2. 范德華金屬-半導體異質結肖特基能壘高度的實驗調控
通過將與MoS2導帶或價帶邊界功函相匹配的Ag或Pt金屬薄膜轉移到半導體表面，研究人員得到了一種高效的晶體管，室溫下兩端電子遷移率和空穴遷移率分別可達到260 cm2 V-1 S-1和175 cm2 V-1 S-1。進一步，通過和不同功函數的對稱接觸，研究人員實現了開反回路電壓1.02 V的Ag/MoS2/Pt光電二極管。
圖3. Ag/MoS2/Pt光電二極管
總之，這項研究從理論上證實了理想金屬-半導體異質結的理論極限，并為高效電子器件和光電器件開發了一種高效、無損的金屬集成策略。
參考文獻：
Yuan Liu, Yu Huang, Xiangfeng Duan et al. Approaching the Schottky–Mott limit in van der Waals metal–semiconductor junctions. Nature 2018.
