Nature: 半金属和单层半导体之间的超低接触电阻

第一作者：Pin-Chun Shen, Cong Su, Yuxuan Lin, Ang-Sheng Chou

通讯作者：Pin-Chun Shen, Lain-Jong Li，Jing Kong

通讯单位： 麻省理工学院(MIT)，台湾积体电路制造公司(TSMC)

先进的超越硅电子技术既需要通道材料，也需要发现超低电阻接触。原子薄的二维半导体具有实现高性能电子器件的巨大潜力。但是，到目前为止，由于金属引起的间隙态(MIGS)，金属-半导体界面处的能垒(从根本上导致高接触电阻和较差的电流传输能力)限制了二维半导体晶体管。最近， 麻省理工学院(MIT)Pin-Chun Shen和Jing Kong，台湾积体电路制造公司(TSMC)Lain-Jong Li 等人 在国际知名期刊 “Nature” 发表题为 “Ultralow contact resistance between semimetal and monolayer semiconductors” 的研究论文。他们报道了半金属铋与半导体单层过渡金属硫化合物(TMDs)之间的欧姆接触，其中MIGS被充分抑制，TMD中的简并态与铋接触形成。通过这种方法，他们在单层MoS2上实现了零肖特基势垒高度，接触电阻为123欧姆微米，通态电流密度为1135微安/微米。就他们所知，这两个值分别是尚未记录的最低和最高值。他们还证明了可以在包括MoS2、WS2和WSe2在内的各种单层半导体上形成出色的欧姆接触。他们报道的接触电阻是对二维半导体的实质性改进，并接近量子极限。这项技术揭示了与最新的三维半导体相媲美的高性能单层晶体管的潜力，从而可以进一步缩小器件尺寸并扩展摩尔定律。

图1：半金属-半导体接触的间隙态饱和的概念

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-021-03472-9

不一样.半导体在不掺杂、绝对零度下是不导电的.掺杂或温度产生了载流子才导电,但是电阻和金属相比还是非常大. 半金属还是金属,只是由于它的磁性使得自旋向下的电子能带在费米能级附近出现了能隙.因此导电的只有自旋向上的电子.半金属被用来设计自旋电子学器件,是还没解决的问题,世界上顶尖科研机构正在积极研究. 半导体基本上都没有磁性.磁性半导体虽然一度是研究热门,但是由于太难制造,而且多数都必须在很低的温度下才有磁性,现在已经很少人在研究了.

半金属元素性质介于金属和非金属之间的元素。半金属元素在元素周期表中处于金属向非金属过渡位置，通常包括硼、硅、砷、碲、硒、钋和砹，锗、锑也可归入半金属。若沿元素周期表ⅢA族的硼和铝之间到 ⅤA 族的碲和钋之间画一锯齿形斜线，则贴近这条斜线的元素（除铝外）都是半金属。半金属性脆，呈金属光泽，负电性在1.8～2.4之间，大于金属，小于非金属。半金属与非金属作用时常作为电子给予体，而与金属作用时常作为电子接受体。其氧化物与水作用生成弱酸性或弱碱性的溶液。

半金属大多是半导体，具有导电性，电阻率介于金属（10-5欧姆·厘米以下）和非金属（1010欧姆·厘米以上）之间，导电性对温度的依从关系通常与金属相反，如果加热半金属，其电导率随温度的升高而上升。半金属大都具有多种不同物理、化学性质的同素异形体，广泛用作半导体材料。

半金属能带的特点，是它的导带与价带之间有一小部分重叠。不需要热激发，价带顶部的电子会流入能量较低的导带底部。因此在绝对零度时，导带中就已有一定的电子浓度，价带中也有相等的空穴浓度。这是半金属与半导体的根本区别。但因重叠较小，它和典型的金属也有所区别。

除上述元素外，化合物也可以是半金属，如 Mg2Pb。另有一些化合物，如HgTe、HgSe等禁带宽度等于零，有时称作零禁带半导体，实质上也是半金属。

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