近日，理学院物理系上海市高温超导重点实验室尹鑫茂教授与新加坡国立大学&同步辐射光源实验室，澳大利亚莫纳什大学等合作在凝聚态物理、材料科学领域的国际权威期刊《Progress in Materials Science》（影响因子：33.6，中科院一区TOP）上发表了题为 “Contact resistance and interfacial engineering: Advances in high-performance 2D-TMD based devices”的高水平综述论文。理学院物理系博士生刘熊芳为论文第一作者。上海大学物理系上海市高温超导重点实验室是论文的第一完成单位和通讯单位。
随着对更高性能和更多功能应用需求的持续增长，传统半导体材料的局限性日益凸显，特别是在器件小型化、功耗控制和运行速度等方面。因此，迫切需要探索新型材料和器件架构，以突破这些瓶颈。二维过渡金属硫属化合物（2D-TMD）材料因其特殊的层状结构和优异的电子、光学、机械性能成为了追求材料和器件创新的过程中的最优选择之一，并被广泛应用于各类新型电子和光电子器件中。然而，金属与2D-TMD材料接触后产生的高接触电阻严重限制了器件的整体性能，这主要源自界面处的肖特基势垒和电荷注入屏障。如何有效降低这一接触电阻并优化界面电荷传输成为研究的核心问题，界面工程由此成为提升器件性能的关键研究方向。在这项工作中研究团队首先深入分析了接触电阻的物理起源——费米能级钉扎效应。2D-TMD材料的电学特性在界面接触时受到界面化学成分、晶格失配和缺陷态的多重影响，导致不同金属与2D-TMD材料之间产生了费米能级钉扎效应和进而形成了肖特基接触。接下来这项工作对界面工程的多种优化策略进行了系统梳理：（1）通过电荷转移掺杂或调控界面杂化效应，以优化界面电荷传输特性；（2）选择合适的接触金属或插入缓冲层实现优质的范德华接触；（3）通过表面处理减少界面处的缺陷态，消除费米能级钉扎效应。最后，这项工作还展望了未来的发展方向，2D-TMD将成为先进应用的重要新材料。在基于2D-TMD的器件中，实现超低接触电阻的关键在于界面电子结构的精确调控。通过界面化学和物理特性的协同优化，有望设计出理想的欧姆接触器件并为未来新型低功耗、高性能的2D-TMD器件的设计和开发提供了重要的理论指导。该论文结合现有实验数据和理论模型，为进一步优化2D-TMD基器件性能综述了多样化的解决方案。
本工作得到国家自然科学基金 (52172271, 12374378, 52307026)，国家重点研发计划 (2022YFE03150200)，上海市科技创新计划 (22511100200, 23511101600)等的支持。近年来，上海市高温超导重点实验室在高温超导关键成材技术、超导量子磁通涡旋、超导量子约瑟夫森结型器件、非常规高温超导、强关联氧化物电子自旋和超导强电应用等方向上形成了很好的国际化研究氛围，实验室青年人才在量子功能材料与高温超导领域具有很好的国际影响力，近年来主办国内外学术会议或在重要学术会议上作大会报告30余次，主持或参与国家重点研发计划、中国科学院战略先导专项或上海市重大重点项目、国家标准等十多项。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2024.101390
