段鑲鋒黃昱夫婦今年第二篇Nature：實驗證實金屬-半導體異質結理論極限！

第一作者：Yuan Liu

通訊作者：段鑲鋒、黃昱

第一單位：加州大學洛杉磯分校（美國）

研究亮點：

1.創造了一種沒有化學無序和釘扎效應的金屬-半導體接觸界面

2.實現了對肖特基能壘高度的實驗調控

3.從實驗上證實了肖特基-莫特規則的極限

金屬-半導體異質結是現代電子器件和光電器件的核心，其最重要的特徵參數之一是肖特基能壘高度，它決定了電荷載流子穿過異質結的能壘大小，從而決定了電荷傳遞效率和器件最終性能。

從理論上而言，在理想的金屬-半導體異質結中，肖特基能壘高度可以通過肖特基-莫特規則進行預測和調控。然而，自從20世紀30年代以來的80多年時間裡，肖特基-莫特規則卻無法在實驗室給予正確的預測。這主要是因為，在實際體系中，金屬-半導體界面往往存在化學無序和費米能級釘扎效應。

有鑒於此，加州大學洛杉磯分校段鑲鋒和黃昱課題組報道了一種范德華金屬-半導體二維異質結，從實驗上實現了對肖特基能壘高度的調控，接近肖特基-莫特極限。

圖1.范德華金屬-半導體異質結

研究人員將原子級超薄金屬薄膜層壓於二維半導體表面，避免了化學鍵的產生，創造了一種沒有化學無序和釘扎效應的金屬-半導體界面。接近於肖特基-莫特極限的肖特基能壘高度取決於金屬功函數，具有高度可調控性。

圖2.范德華金屬-半導體異質結肖特基能壘高度的實驗調控

通過將與MoS2導帶或價帶邊界功函相匹配的Ag或Pt金屬薄膜轉移到半導體表面，研究人員得到了一種高效的晶體管，室溫下兩端電子遷移率和空穴遷移率分別可達到260 cm2V-1S-1和175 cm2V-1S-1。進一步，通過和不同功函數的對稱接觸，研究人員實現了開反迴路電壓1.02 V的Ag/MoS2/Pt光電二極體。

圖3. Ag/MoS2/Pt光電二極體

總之，這項研究從理論上證實了理想金屬-半導體異質結的理論極限，並為高效電子器件和光電器件開發了一種高效、無損的金屬集成策略。

參考文獻：

YuanLiu, Yu Huang, Xiangfeng Duan et al.Approaching the Schottky–Mott limit in vander Waals metal–semiconductor junctions. Nature 2018.

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