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中国半导体十大研究进展候选推荐（2023-043）——二维合金组分调控金属功函数及异质结能带对准研究
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1 工作简介
——二维合金组分调控金属功函数及异质结能带对准研究
二维材料具有原子级薄的厚度和极度敏感的晶格结构，传统光刻、金属沉积等传统电极加工工艺会引入有机残留、化学键、缺陷等界面态，导致界面处半导体费米能级钉扎以及较高的肖特基势垒和接触电阻，极大程度上限制了器件的性能。寻找功函数匹配的二维金属/半导体接触对于构建高性能器件来说至关重要。但是到目前为止，合成具有可变功函数的二维金属材料、构建能带匹配的金属/半导体接触仍然是一个挑战。针对这一问题，湖南大学段曦东教授与李佳副教授团队报道了一种基于合金组分调控金属功函数的方法，可用于构建能带匹配的二维金属/二维半导体接触。基于化学气相沉积（CVD）法，通过控制硫粉前驱体的温度调控其化学势，合成了组分连续可调的二维VS2xSe2(1-x)合金纳米片，合金组分x与温度呈现准线性关系。开尔文探针力显微镜（KPFM）研究证明合金材料功函数随合金组分从4.79 eV（x = 0）到4.64 eV（x = 1）连续变化。进一步采用两步CVD法制备了二维合金/二维半导体（VS2xSe2(1-x)/WSe2、VS2xSe2(1-x)/MoS2）vdWHs场效应晶体管，器件性能表现出对金属/半导体能带对准强烈的依赖性，与异质结KPFM展示的能带对准结果一致。二维金属合金功函数的调控和能带对准为二维金属/半导体vdW异质结构的灵活设计和性能优化提供了新思路，为集成电子和光电子器件的发展提供了新途径。
图1. 二维合金组分调控金属功函数及异质结能带对准研究。
研究成果于2023年10月26日以“Two-dimensional metallic alloy contacts with composition-tunable work functions”为题发表在《Nature Electronics》（Nat. Electron., 2023, 6, 842–851）。李鑫、龙浩然为共同第一作者，段曦东教授、李佳副教授为共同通讯作者。2 作者简介
第一作者
李鑫，湖南大学2022级博士生。
研究方向为低维半导体材料及其电学性能研究。目前已在Nat. Electron.、Small、Adv. Funct. Mater.、Appl. Phys. Lett.等期刊上共发表4篇论文，其中以第一作者身份、湖南大学为第一单位发表一篇Nat. Electron.，申请中国发明专利1项（已公开）。
第一作者
龙浩然，中国科学院半导体研究所2019级博士生。
研究方向为低维半导体的光电性质研究。目前已在Nat. Electron.、Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.、IEEE Electron Device Lett.等期刊共发表11篇论文，其中以第一作者身份发表一篇Adv. Funct. Mater.，共同一作的身份发表Nat. Electron.、Adv. Funct. Mater.各一篇。
通讯作者
李佳，湖南大学化学化工学院副教授，博士生导师，岳麓学者、二维材料省重点实验室副主任。
主持国家重点研发子课题、国家自然科学面上项目、青年基金、湖湘青年英才、湖南省优秀青年基金等项目。长期从事二维原子晶体及其异质结的可控合成及电子器件相关研究。近年来，以第一作者或通讯作者身份（含共同）在Nature、Nat. Nanotechnol.、Nat. Electron.等国际知名期刊发表多篇学术论文，其中一篇为2021中国百篇最具影响国际学术论文。授权中国发明专利3项，实用新型专利5项。相关工作获中国材料研究学会科学技术奖一等奖 (3/5)，2020年中国半导体十大研究进展奖。
通讯作者
段曦东，湖南大学化学化工学院教授，教育部“长江学者奖励计划”特聘教授，二维材料湖南省重点实验室主任、二维材料的可控合成、多功能器件及电化学领域应用湖南省创新研究群体项目负责人、国家基金委重大项目亚十纳米二维材料及其异质结构的可控制备子课题负责人、国防科技创新特区项目负责人、国家自然科学基金面上项目负责人。
长期专注于二维原子晶体生长机制的探索和二维复杂结构的化学合成、表征、物性研究和在电子、光电子等领域应用的研究。近年来以第一或通讯作者在 Nature、Science、Nat. Nanotechnol.、Nat. Mater.、J. Am. Chem. Soc.、Adv. Mater.等高水平期刊上发表论文五十余篇（其中包括Nature 2篇，Science 1篇，Nat. Mater. 1篇，Nat. Nanotechnol. 3篇，Nat. Electron. 2篇等），2021年度中国百篇最具影响力国际学术论文1篇，他引9000余次。授权中国发明专利20余件，实用新型专利6件。部分相关工作获2020中国材料研究学会科学技术奖一等奖（排名第一），2019年国家自然科学二等奖（排名第三），获2017年湖南省自然科学一等奖（排名第二），获2017年中国电子科技十大进展奖，获2020年中国半导体十大研究进展奖。
3 原文传递
详情请点击论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41928-023-01050-7
https://blog.sciencenet.cn/blog-3406013-1416451.html
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