金属与二维半导体的接触：关键特性与挑战
金属与二维半导体的接触，如同科技领域的瑰宝，其性质决定了新型电子器件的卓越性能，成为当今科研的焦点前沿(Nat. Mater., 2015, 14, 1195-1205)。两种主要接触类型——欧姆接触与肖特基接触，各有其独特的特性与应用潜力。
欧姆接触与肖特基接触的差异
欧姆接触犹如无缝对接，金属与半导体间无势垒阻碍，电子和空穴能自由穿梭，形成直线电流-电压关系，遵循欧姆定律。这种接触的电阻极低，对于光电探测器和晶体管的高效运作至关重要。然而，肖特基接触则携带着肖特基势垒，电流-电压曲线表现出非线性，电压低时电流增长缓慢，随着电压提升，电流剧增，接触电阻复杂且可变，如同一个动态的肖特基二极管结构。
二维半导体的独特挑战
在二维世界中，挑战尤其显著。欧姆接触的缺失往往源于二维材料的费米钉扎效应，其表面缺陷与金属电极的相互作用形成额外的能级，导致金属功函数难以精确匹配。这不仅影响了晶体管性能，还可能使迁移率测量结果偏低。肖特基势垒在此背景下成为主导，特别是对零偏压下的光电探测器性能影响巨大。
解决之道：突破与策略
解决费米钉扎的难题，研究者们已经提出多种创新方案。首先，石墨烯电极凭借弱相互作用，可调控其功函数，实现准欧姆接触(Nano Lett., 2014)。直接转移二维材料至电极上，减小与金属的交互，成为新的突破(Nature, 2018)。引入界面层，如半导体或金属铟，可进一步降低相互作用，或者通过重掺杂实现类欧姆接触(Nano Lett., 2013; ACS Nano, 2018)。而掺杂二维半导体或将其转变为金属相，同样能显著改善接触电阻(Nat. Mater., 2014; IEEE Transactions Electron Devices, 2019)。
总结与前景
二维材料的表面敏感性是实现理想欧姆接触的挑战。关键在于控制和减少外部因素对材料本性的干扰，降低费米钉扎效应。通过优化电极设计、引入界面调控和掺杂技术，科学家们正在向着这个目标稳步迈进。随着技术的进步，我们期待金属与二维半导体的接触能带来前所未有的电子器件性能提升。