【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，信息科學(xué)與工程學(xué)院陳杰智教授研究團隊在低維半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管電極接觸界面研究領(lǐng)域取得突破性進展，相關(guān)成果以“Van der Waals Heterostructure Contact Strategy for Barrier-Free 2D Complementary Transistors”為題，發(fā)表在材料領(lǐng)域頂級期刊Advanced Functional Materials(影響因子18.5)。信息學(xué)院博士后桑鵬鵬為論文第一作者，陳杰智教授為論文通訊作者，山東大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院為第一完成單位和通訊單位。
 

圖1.基于范德華異質(zhì)結(jié)接觸策略提升二維半導(dǎo)體載流子注入效率
 

　　將原子級厚度的二維半導(dǎo)體材料引入垂直互補場效應(yīng)晶體管架構(gòu)，對于半導(dǎo)體器件突破亞納米級縮放極限具有重要意義。然而，由于缺乏有效摻雜技術(shù)以及難以調(diào)制的電極界面勢壘，單一金屬電極難以同時實現(xiàn)與二維半導(dǎo)體材料的P型和N型歐姆接觸，嚴(yán)重制約了新型二維半導(dǎo)體材料的應(yīng)用和發(fā)展。
 

圖2.論文主要研究內(nèi)容與結(jié)論
 

　　研究團隊由二維半導(dǎo)體異質(zhì)堆疊入手，提出了一種基于范德華異質(zhì)結(jié)的二維晶體管電極接觸策略。該工作采用第一性原理計算方法，通過設(shè)計破隙型或準(zhǔn)破隙型范德華異質(zhì)結(jié)，利用其層間電荷轉(zhuǎn)移，在一系列二維半導(dǎo)體中實現(xiàn)了簡并或準(zhǔn)簡并的互補摻雜。另外，通過在金屬電極與二維溝道界面引入二維半導(dǎo)體插層，利用金屬電極與二維插層之間的費米釘扎效應(yīng)以及二維插層與溝道層之間的能帶排列關(guān)系，可有效降低金屬電極與二維溝道之間的肖特基勢壘從而實現(xiàn)電極界面的歐姆接觸。器件量子輸運模擬顯示，所提出的范德華異質(zhì)結(jié)電極接觸策略可有效提升二維晶體管的輸運電流，尤其是對于P型二維晶體管而言，相比于直接的金屬接觸電極，其開態(tài)電流可提升2至4個數(shù)量級。該工作為二維半導(dǎo)體器件的電極界面優(yōu)化提供了一定的理論指導(dǎo)，同時可為二維互補型場效應(yīng)晶體管設(shè)計奠定一定的理論基礎(chǔ)。
 

　　上述工作得到了國家自然科學(xué)基金和山東省自然科學(xué)基金等多個項目資助。