Nature: 接近二维半导体接触中的量子极限

2023年1月11日，Nature在线发表了南京大学王欣然教授和东南大学王金兰教授课题组的研究论文，题目为《Approaching the quantum limit in two-dimensional semiconductor contacts》。

下一代电子技术的发展需要将沟道材料厚度缩小到二维极限，同时保持超低的接触电阻。过渡金属硫族化物(TMD)可以维持晶体管的规模达到路线图的终点，但尽管付出了无数努力，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(vdW gap)，接触电阻尚未超过共价键结合的金属-半导体结，最佳接触技术面临稳定性问题。在此研究中，作者通过强范德华相互作用使单层二硫化钼(MoS2)与半金属锑(Sb)的能带杂化，将电接触推向量子极限。Sb-MoS2接触具有42 Ω μm的低接触电阻，在125摄氏度下具有出色的稳定性。由于改进的接触，短沟道MoS2晶体管在1 V漏极偏置下显示出电流饱和，通态电流为1.23 mA/μm，开/关比超过10⁸，固有延迟为74 fs。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。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、亚阈值摆幅、开/关比、通态电流和跨导的低可变性。优异的电学性能、稳定性和可变性使锑成为超越硅的过渡金属硫族化物基电子器件的一种有前途的接触技术。

图1 DFT计算Sb–MoS2接触的电子性质

图2 Sb–MoS2接触的实验表征

图3 Sb–MoS2接触的电学性能和稳定性

图4 短沟道MoS2 FET性能和基准

图5 MoS2 FETs的可变性

【论文链接】

Li, W., Gong, X., Yu, Z. et al. Approaching the quantum limit in two-dimensional semiconductor contacts. Nature,2023, 613, 274–279. https://doi.org/10.1038/s41586-022-05431-4

【其他相关文献】

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