特别说明：本文由学研汇技术中心原创撰写，旨在分享相关科研知识。因学识有限，难免有所疏漏和错误，请读者批判性阅读，也恳请大方之家批评指正。下一代电子技术的发展需要将通道材料厚度缩小到二维极限，同时保持超低的接触电阻。过渡金属二卤属化合物可以将晶体管扩展到这一路线图的末端，但尽管进行了无数的努力，器件性能仍然受到接触限制。特别是，由于固有的范德华间隙，接触电阻还没有超过共价结合的金属-半导体结，最好的接触技术面临稳定性问题。有鉴于此，南京大学王欣然教授、施毅教授等人通过强范德华相互作用使单层二硫化钼与半金属锑(012)的能带杂化，使其电接触接近量子极限。触点具有42欧姆微米的低接触电阻，在125摄氏度下具有出色的稳定性。由于改进了接触点，短通道二硫化钼晶体管在1V漏极偏压下显示电流饱和，导通电流为1.23毫安/微米，开/关比超过108，固有延迟为74飞秒。这些性能优于等效硅互补金属氧化物半导体技术，满足了2028年路线图目标。作者进一步制造了大面积的器件阵列，并展示了接触电阻、阈值电压、亚阈值摆动、开/关比、通态电流和跨导的低变异性。优异的电学性能、稳定性和变异性使锑(012)成为超越硅的过渡金属二卤属化合物电子产品的有前途的接触技术。作者实现了单层二硫化钼(MoS2)和半金属锑(Sb) (012)的带杂交。首先使用DFT计算来验证该方法的可行性。结果表明，Sb pz轨道和Modz2轨道主要沿垂直方向分布。Sb pz轨道和Mo d轨道之间出现了相当大的实空间重叠，这导致Sb(012)-MoS2接触中的强带杂化。Sb(012)-MoS2接触均显著增强，有利于M-S接触，证实了该方法是通用性和稳健性。作者在蒸发过程中使用约100°C的温和衬底加热来获得(012)定向Sb薄膜，并通过拉曼、XRD、HAADF-STEM等表征确认了Sb的晶格取向。表征结果显示，晶体Sb与MoS2之间的原始和亲密接触，没有金属诱导的缺陷。通过测量以MoS2单晶为通道的场效应晶体管(FETs)来评估接触的电学性质，结果表明Rc和传递长度(LT)分别为42 Ωμm和5.1 nm，这两个值都是TMD材料报告的最低值，且Rc比之前报道的记录低了大约三倍。此外，作者研究了125°C在氮气环境下的器件稳定性，在Sb接触24 h内，离子、阈值电压和亚阈值摆动均未见明显降低。为了完全确定Sb(012)接触的电位，作者用50 nm以下的Lc制作了按比例缩放的MoS2 FETs。该器件具有优异的短通道抗扰度，开关比超过108,SS约为180 mV dec−1，漏极引起的势阻隔降低可以忽略。从传输和输出特性来看，该器件在Vds = 1 V时很容易达到电流饱和。在相同的漏极偏差下，Ion(1.23 mA μm−1)比Bi(0001)和Sb(0001)触点的短通道器件分别高出44.7%和104%。由于接触的改善，饱和电压和Ion在TMD中都是前所未有的。为了评估Sb(0112)触点是否适合大规模集成，作者制作了TLM阵列，并检查了关键器件性能的变异性。实验结果没有观察到作为Lc函数的变异性的显著变化；当缩放到100 nm时，SS和开关比没有下降，但由于短通道效应，Vth有轻微的负偏移；Ion和Gm在尺度上均增加了近一个数量级。从200 nm Lc到100 nm Lc的导态性能的提升表明该器件仍然没有接触限制，进一步证实了低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
