Nature子刊：二维材料电接触性能的原位测量

电接触在微电子器件中至关重要，在较大尺度的块体电接触中（大多数现有电子器件中），较弱的原子键合时常会导致界面的电接触不良等问题，有问题的接触会增大器件功耗，随着器件温度的升高,半导体器件性能和寿命将会下降。因此，一般可以通过焊接来产生化学键或者进行异质界面的熔合，来提升电接触性能。可是，在制造新型二维材料的电接触时，接触性能大多不甚理想，对于常见的二维半导体如过渡金属硫化物来说，由于二维材料本身具有非常大的范德华表面，而且在高温等条件下易产生原子缺陷，那么是否和块体接触一样，通过增强化学键合的方式能够改善二维半导体和金属电极之间的电接触？香港城市大学李淑惠团队、香港理工大学赵炯团队以及淮阴师范大学邓庆明团队对一系列二维材料的电接触性能进行了原位测量，发现二维材料范德华接触的电接触性能好于大多数二维材料化学接触（例如缺陷接触）的性能。

该研究主要使用了化学气相沉积、力学剥离和原位透射电镜研究方法，在亚纳米尺度下观察二维材料与金属电接触的原子结构以及亚皮米级精细操纵电接触的位置（图1），实现了对单个电接触性能和原子结构进行关联研究。

图1. （左）原位电接触测量的实验设备示意图（透射电镜内原位电学测量系统）。（右）范德华接触和化学接触示意图。图片来源：Nat. Commun.

结合理论分析（密度泛函理论）和建模，该研究对于与接触面积直接由关的接触电阻测量结果（图2）进行了详细的讨论。在完整的二维材料/金属范德华界面处，电接触性能主要由直接隧穿过程控制，而在缺陷主导的界面位置，由于缺陷的费米能级钉扎作用(Pinning effect)，往往会形成更宽的福勒‧诺德海姆能垒，从而阻碍电子的穿过，也因此显著增加界面的接触电阻。

图2. 二维材料电接触测量结果（左）边缘接触与（右）平面接触模式。图片来源：Nat. Commun.

该研究的主要意义在于，通过直接的点对点接触实验，证明了范德华接触相对于化学接触（或者说缺陷态接触）在二维材料中的优越性，该项研究结果有望对未来的二维电子器件设计带来直接帮助。

这一成果近期发表在Nature Communications 上，文章第一作者是香港理工大学博士生王乐詠。

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Site-specific electrical contacts with the two-dimensional materials

Lok-Wing Wong, Lingli Huang, Fangyuan Zheng, Quoc Huy Thi, Jiong Zhao, Qingming Deng, Thuc Hue Ly

Nat. Commun., 2020, 11, 3982, DOI: 10.1038/s41467-020-17784-3

李淑惠博士简介

香港城市大学化学系和材料系(兼)助理教授，超金刚石薄膜研究中心(COSDAF)核心成员。2015年于韩国成均馆大学毕业取得博士学位，师从Lee Young Hee教授。2015年至2017年在韩国基础科学研究所CINAP工作，2017年八月起就职于香港城市大学。李淑惠教授的研究领域是二维原子晶体材料的合成，缺陷和应用研究。已在相关领域发表30余篇重要文章，包括以第一或者通讯作者发表的JACS、Nat. Commun.、Adv. Mater.、ACS Nano、Nano Letters 等。

https://www.x-mol.com/university/faculty/219269

赵炯博士简介

香港理工大学应用物理系助理教授。2012年毕业于清华大学，2017年起在香港理工大学工作。研究领域为低维材料和原位电子显微学，迄今已发表SCI高水平论文60余篇。曾获得国家基金委优秀青年基金（港澳），国家海外高层次人才计划，新加坡南洋理工大学南洋助理教授等荣誉。

邓庆明博士简介

淮阴师范学院物电学院教授。欧盟-玛丽居里学者、江苏省“六大人才高峰”高层次人才培养对象、江苏省“双创计划”双创博士、江苏省“333人才工程”青年科学技术带头人、淮安市“十大青年科技之星”。一直从事低维纳米材料的理论与计算研究，迄今发表SCI论文30余篇，其中包括Science、 Journal of the American Chemical Society、Nature Communications、Nano Letters、ACS Nano等国际顶尖学术期刊。