金屬-半導(dǎo)體界面接觸電阻是制約半導(dǎo)體器件微縮化的關(guān)鍵問(wèn)題。傳統(tǒng)金屬（如Ni、Ti）與二維半導(dǎo)體接觸時(shí)，金屬誘導(dǎo)帶隙態(tài)（MIGS）導(dǎo)致費(fèi)米能級(jí)釘扎，形成肖特基勢(shì)壘?，F(xiàn)有策略（如重?fù)诫s或插入介電層）在二維材料中效果有限。本研究提出利用半金屬鉍（Bi）與單層過(guò)渡金屬硫?qū)倩衔铮═MDs）接觸，借助Xfilm埃利TLM接觸電阻測(cè)試儀，結(jié)合半金屬（鉍，Bi）的獨(dú)特電子特性，通過(guò)其近零費(fèi)米能級(jí)態(tài)密度和能帶對(duì)準(zhǔn)特性，抑制MIGS，消除肖特基勢(shì)壘，實(shí)現(xiàn)歐姆接觸。

帶隙態(tài)飽和機(jī)制

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半金屬-半導(dǎo)體接觸的帶隙態(tài)飽和機(jī)制

半金屬在費(fèi)米能級(jí)處的態(tài)密度趨近于零，與半導(dǎo)體接觸時(shí)可顯著抑制導(dǎo)帶 MIGS，使價(jià)帶能隙態(tài)被電子填充至飽和，形成無(wú)勢(shì)壘的簡(jiǎn)并態(tài)界面。理論計(jì)算顯示，Bi 與 MoS?界面的隧穿勢(shì)壘寬度僅 1.66 ?，隧穿電阻率低至 1.81×10?? Ω?cm2，為接觸電阻的大幅降低提供了物理基礎(chǔ)。

接觸電阻的量化表征與突破

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單層MoS? FET中歐姆接觸與肖特基接觸的對(duì)比

通過(guò)電子束蒸發(fā)在單層 MoS?接觸窗口沉積 20 nm Bi 薄膜，結(jié)合傳輸線模型（TLM）測(cè)得接觸電阻低至 123 Ω?μm，較 Ni、Ti 接觸降低一個(gè)數(shù)量級(jí)以上。35 nm 溝道長(zhǎng)度器件的導(dǎo)通電流密度達(dá)到 1135 μA/μm，是此前報(bào)道的二維半導(dǎo)體器件最高值的 2 倍以上，且接觸電阻僅占總電阻的 5% 以下，表明器件性能首次擺脫接觸限制，進(jìn)入溝道本征導(dǎo)電區(qū)域。

無(wú)勢(shì)壘接觸的多維度驗(yàn)證

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晶體結(jié)構(gòu)與歐姆接觸機(jī)制

溫度依賴(lài)的電學(xué)測(cè)試（77-300 K）顯示，Bi-MoS?器件輸出特性保持線性，而 Ni 接觸器件因肖特基勢(shì)壘表現(xiàn)出顯著非線性，證實(shí) Bi 接觸界面無(wú)勢(shì)壘特性。拉曼光譜與 XPS 表征進(jìn)一步顯示，Bi 接觸使 MoS?費(fèi)米能級(jí)上移 400 meV，進(jìn)入導(dǎo)帶形成簡(jiǎn)并態(tài)，電子濃度與理論計(jì)算高度吻合，從實(shí)驗(yàn)層面驗(yàn)證了能隙態(tài)飽和機(jī)制對(duì)接觸電阻的抑制作用。

超低接觸電阻與高性能器件

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Bi接觸二維半導(dǎo)體技術(shù)的性能基準(zhǔn)

• 接觸電阻：通過(guò)傳輸線法（TLM）測(cè)得Bi-MoS?接觸電阻低至123 Ω·μm，接近量子極限。
• 導(dǎo)通電流：在35 nm溝道長(zhǎng)度的MoS? FET中，導(dǎo)通電流密度達(dá)1,135 μA/μm，遠(yuǎn)超現(xiàn)有二維半導(dǎo)體器件。
• 普適性：該方法適用于多種單層TMDs（MoS?、WS?、WSe?），均表現(xiàn)出線性輸出特性和高開(kāi)關(guān)比（>10?）。

該接觸策略適用于多種二維半導(dǎo)體（包括 MoS?、WS?和 WSe?），且通過(guò)標(biāo)準(zhǔn) CMOS 兼容蒸發(fā)工藝即可形成接觸，展現(xiàn)出良好的可靠性和可擴(kuò)展性。鉍接觸的二維半導(dǎo)體技術(shù)有望滿足未來(lái)技術(shù)節(jié)點(diǎn)的需求，其接觸電阻接近量子極限，為實(shí)現(xiàn)高性能單層晶體管并推動(dòng)電子器件進(jìn)一步縮小提供了關(guān)鍵技術(shù)支持。

Xfilm埃利TLM電阻測(cè)試儀

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Xfilm埃利TLM接觸電阻測(cè)試儀用于測(cè)量材料表面接觸電阻或電阻率的專(zhuān)用設(shè)備，廣泛應(yīng)用于電子元器件、導(dǎo)電材料、半導(dǎo)體、金屬鍍層、光伏電池等領(lǐng)域。■靜態(tài)測(cè)試重復(fù)性≤1%，動(dòng)態(tài)測(cè)試重復(fù)性≤3%■ 線電阻測(cè)量精度可達(dá)5%或0.1Ω/cm■ 接觸電阻率測(cè)試與線電阻測(cè)試隨意切換■ 定制多種探測(cè)頭進(jìn)行測(cè)量和分析這項(xiàng)研究通過(guò)創(chuàng)新的半金屬 - 半導(dǎo)體接觸策略，借助Xfilm埃利TLM接觸電阻測(cè)試儀精確表征，首次實(shí)現(xiàn)了界面勢(shì)壘的有效抑制與歐姆接觸的穩(wěn)定構(gòu)建，在二維半導(dǎo)體領(lǐng)域取得了重大突破，為未來(lái)高性能電子器件的發(fā)展開(kāi)辟了新的道路。

原文出處：《Ultralow contact resistance between semimetal and monolayer semiconductors》

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