特別說明：本文由學(xué)研匯技術(shù)中心原創(chuàng)撰寫，旨在分享相關(guān)科研知識。因?qū)W識有限，難免有所疏漏和錯誤，請讀者批判性閱讀，也懇請大方之家批評指正。原創(chuàng)丨彤心未泯（學(xué)研匯 技術(shù)中心）下一代電子技術(shù)的發(fā)展需要將通道材料厚度縮小到二維極限，同時保持超低的接觸電阻。過渡金屬二鹵屬化合物可以將晶體管擴展到這一路線圖的末端，但盡管進行了無數(shù)的努力，器件性能仍然受到接觸限制。特別是，由于固有的范德華間隙，接觸電阻還沒有超過共價結(jié)合的金屬-半導(dǎo)體結(jié)，最好的接觸技術(shù)面臨穩(wěn)定性問題。有鑒于此，南京大學(xué)王欣然教授、施毅教授等人通過強范德華相互作用使單層二硫化鉬與半金屬銻(012)的能帶雜化，使其電接觸接近量子極限。觸點具有42歐姆微米的低接觸電阻，在125攝氏度下具有出色的穩(wěn)定性。由于改進了接觸點，短通道二硫化鉬晶體管在1V漏極偏壓下顯示電流飽和，導(dǎo)通電流為1.23毫安/微米，開/關(guān)比超過108，固有延遲為74飛秒。這些性能優(yōu)于等效硅互補金屬氧化物半導(dǎo)體技術(shù)，滿足了2028年路線圖目標(biāo)。作者進一步制造了大面積的器件陣列，并展示了接觸電阻、閾值電壓、亞閾值擺動、開/關(guān)比、通態(tài)電流和跨導(dǎo)的低變異性。優(yōu)異的電學(xué)性能、穩(wěn)定性和變異性使銻(012)成為超越硅的過渡金屬二鹵屬化合物電子產(chǎn)品的有前途的接觸技術(shù)。作者實現(xiàn)了單層二硫化鉬(MoS2)和半金屬銻(Sb) (012)的帶雜交。首先使用DFT計算來驗證該方法的可行性。結(jié)果表明，Sb pz軌道和Modz2軌道主要沿垂直方向分布。Sb pz軌道和Mo d軌道之間出現(xiàn)了相當(dāng)大的實空間重疊，這導(dǎo)致Sb(012)-MoS2接觸中的強帶雜化。Sb(012)-MoS2接觸均顯著增強，有利于M-S接觸，證實了該方法是通用性和穩(wěn)健性。作者在蒸發(fā)過程中使用約100°C的溫和襯底加熱來獲得(012)定向Sb薄膜，并通過拉曼、XRD、HAADF-STEM等表征確認了Sb的晶格取向。表征結(jié)果顯示，晶體Sb與MoS2之間的原始和親密接觸，沒有金屬誘導(dǎo)的缺陷。通過測量以MoS2單晶為通道的場效應(yīng)晶體管(FETs)來評估接觸的電學(xué)性質(zhì)，結(jié)果表明Rc和傳遞長度(LT)分別為42 Ωμm和5.1 nm，這兩個值都是TMD材料報告的最低值，且Rc比之前報道的記錄低了大約三倍。此外，作者研究了125°C在氮氣環(huán)境下的器件穩(wěn)定性，在Sb接觸24 h內(nèi)，離子、閾值電壓和亞閾值擺動均未見明顯降低。為了完全確定Sb(012)接觸的電位，作者用50 nm以下的Lc制作了按比例縮放的MoS2 FETs。該器件具有優(yōu)異的短通道抗擾度，開關(guān)比超過108,SS約為180 mV dec?1，漏極引起的勢阻隔降低可以忽略。從傳輸和輸出特性來看，該器件在Vds = 1 V時很容易達到電流飽和。在相同的漏極偏差下，Ion(1.23 mA μm?1)比Bi(0001)和Sb(0001)觸點的短通道器件分別高出44.7%和104%。由于接觸的改善，飽和電壓和Ion在TMD中都是前所未有的。圖4 短通道MoS2場效應(yīng)晶體管性能及基準(zhǔn)為了評估Sb(0112)觸點是否適合大規(guī)模集成，作者制作了TLM陣列，并檢查了關(guān)鍵器件性能的變異性。實驗結(jié)果沒有觀察到作為Lc函數(shù)的變異性的顯著變化；當(dāng)縮放到100 nm時，SS和開關(guān)比沒有下降，但由于短通道效應(yīng)，Vth有輕微的負偏移；Ion和Gm在尺度上均增加了近一個數(shù)量級。從200 nm Lc到100 nm Lc的導(dǎo)態(tài)性能的提升表明該器件仍然沒有接觸限制，進一步證實了低Rc。Li, W., Gong, X., Yu, Z. et al. Approaching the quantum limit in two-dimensional semiconductor contacts. Nature 613, 274–279 (2023).DOI：10.1038/s41586-022-05431-4https://doi.org/10.1038/s41586-022-05431-4
