(左图)金属接触MoSi2N4单层的图示。当金用作MoSi2N4的电极材料时，形成肖特基接触。另一方面，通过使用钛电极可以实现节能的欧姆接触。(右图)与其他种类的2D半导体相比，本工作中研究的MoSi2N4和WSi2N4金属触点的“斜率参数”S是最低的，这表明MoSi2N4和WSi2N4在电子器件应用中具有很强的潜力。根据新加坡技术和设计大学的研究人员的说法，最近发现的二维(2D)半导体家族可以为高性能和高能效的电子产品铺平道路。他们的发现发表在npj 2D材料与应用杂志上，可能会导致适用于主流电子和光电子的半导体器件的制造，甚至有可能完全取代硅基器件技术。在寻求电子设备小型化的过程中，一个众所周知的趋势是摩尔定律，它描述了计算机集成电路中的元件数量如何每两年翻一番。这种趋势是可能的，因为晶体管的尺寸越来越小，其中一些非常小，数百万个晶体管可以塞进指甲盖大小的芯片中。但随着这一趋势的持续，工程师们开始努力应对硅基器件技术固有的材料限制。
领导这项研究的SUTD助理教授Ang Yee Sin说:“由于量子隧道效应，将硅基晶体管缩小得太小将导致高度不可控的器件行为。“人们现在正在寻找超越‘硅时代’的新材料，2D半导体是一个有希望的候选材料。”
2D半导体是只有几个原子厚的材料。由于其纳米级的尺寸，这种材料在开发紧凑型电子器件的过程中，是硅的有力替代品。然而，许多目前可用的2D半导体在与金属接触时受到高电阻的困扰。
“当你在金属和半导体之间形成接触时，通常会有我们所说的肖特基势垒，”昂解释说。“为了迫使电通过这个屏障，你需要施加一个强电压，这样既浪费电，又产生废热。”
这激起了该团队对欧姆接触的兴趣，欧姆接触是指没有肖特基势垒的金属半导体接触。在他们的研究中，来自南京大学、新加坡国立大学和浙江大学的Ang和合作者表明，最近发现的2D半导体家族，即MoSi2N4和WSi2N4，与广泛用于半导体器件工业的金属钛、钪和镍形成欧姆接触。
此外，研究人员还表明，新材料没有费米能级钉扎(FLP)，这一问题严重限制了其他2D半导体的应用潜力。
“FLP效应是发生在许多金属-半导体接触中的不利影响，是由接触界面处的缺陷和复杂的材料相互作用引起的，”Ang说。“这种效应会将触点的电特性限制在一个很窄的范围内，而与触点中使用的金属无关。”
由于FLP效应，工程师无法调整或调整金属和半导体之间的肖特基势垒，从而降低了半导体器件的设计灵活性。
为了将FLP效应降至最低，工程师通常会采用一些策略，比如非常缓慢地将金属放在2D半导体的顶部，在金属和半导体之间形成缓冲层，或者使用2D金属作为2D半导体的接触材料。虽然这些方法是可行的，但它们还不实用，并且与当今主流工业技术的大规模制造不兼容。
令人惊讶的是，Ang的团队表明，由于惰性硅氮外层保护下面的半导体层免受接触界面处的缺陷和材料相互作用的影响，MoSi2N4和WSi2N4自然免受FLP的影响。
由于这种保护，肖特基势垒是“非固定”的，可以进行调整以满足各种应用要求。性能的提高有助于2D半导体公司取代硅基技术，像TSMC和三星这样的主要公司已经表达了对2D半导体电子的兴趣。
Ang希望他们的工作将鼓励其他研究人员探索新发现的2D半导体家族的更多成员，寻找有趣的合适的联系，甚至是那些在电子领域以外的应用。
“其中一些可能在电子应用方面非常差，但对于自旋电子学、光催化剂或作为太阳能电池的构件非常好，”他总结道。“我们的下一个挑战是系统地扫描所有这些2D材料，并根据它们的潜在应用对它们进行分类。”
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
