近日，信息科学技术学院汪倩文副教授与山东大学陈杰智教授团队合作在低维半导体场效应晶体管电极接触界面研究领域取得突破性进展，相关成果以“Van der Waals Heterostructure Contact Strategy for Barrier-Free 2D Complementary Transistors”为题，发表在材料领域顶级期刊Advanced Functional Materials（影响因子18.5）。信息科学技术学院汪倩文副教授为论文共同通讯作者，青岛科技大学信息科学技术学院为第二完成单位和共同通讯单位。

图1. 基于范德华异质结接触策略提升二维半导体载流子注入效率

将原子级厚度的二维半导体材料引入垂直互补场效应晶体管架构，对于半导体器件突破亚纳米级缩放极限具有重要意义。然而，由于缺乏有效掺杂技术以及难以调制的电极界面势垒，单一金属电极难以同时实现与二维半导体材料的P型和N型欧姆接触，严重制约了新型二维半导体材料的应用和发展。

图2. 论文主要研究内容与结论

研究团队由二维半导体异质堆叠入手，提出了一种基于范德华异质结的二维晶体管电极接触策略。该工作采用第一性原理计算方法，通过设计破隙型或准破隙型范德华异质结，利用其层间电荷转移，在一系列二维半导体中实现了简并或准简并的互补掺杂。另外，通过在金属电极与二维沟道界面引入二维半导体插层，利用金属电极与二维插层之间的费米钉扎效应以及二维插层与沟道层之间的能带排列关系，可有效降低金属电极与二维沟道之间的肖特基势垒从而实现电极界面的欧姆接触。器件量子输运模拟显示，所提出的范德华异质结电极接触策略可有效提升二维晶体管的输运电流，尤其是对于P型二维晶体管而言，相比于直接的金属接触电极，其开态电流可提升2至4个数量级。该工作为二维半导体器件的电极界面优化提供了一定的理论指导，同时可为二维互补型场效应晶体管设计奠定一定的理论基础。

上述工作得到了国家自然科学基金和山东省自然科学基金等多个项目资助。

原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202411309