专家视点

1 原子极限下的键合：重新定义二维半导体中的接触

二维过渡金属硫化物（TMDs）因其优异的载流子迁移率、强光-物质相互作用以及出色的机械柔性，被认为是下一代电子与光电器件的理想材料。然而，这类材料在实际应用中面临一个关键瓶颈：金属与半导体之间的接触。传统硅基器件依赖共价键合，而二维半导体由于表面无悬挂键，通常只能形成较弱的范德华接触，导致界面耦合弱、接触电阻高、热稳定性差，难以满足芯片后端工艺（BEOL）高达400 ℃的热预算要求，始终停留在实验室研究阶段。

湖南大学段曦东教授与东南大学赵蓓教授合作，在最新出版的《半导体学报（英文）》2026年第4期上发表News and views文章“Bonding at the atomic limit: redefining contacts in two-dimensional semiconductors”，简短评论了北京科技大学张跃院士团队提出的名为“原子层键合（ALB）”的新型接触技术。该技术通过对二维半导体表面进行精确的原子层修剪，使金属与半导体之间不再依赖范德华作用，而是形成直接、强健的化学键合界面。

该团队以金（Au）与二硫化钼（MoS₂）为例，展示了ALB技术的核心优势。通过选择性地去除MoS₂最表层的硫原子，暴露出的钼原子与金直接形成金属键，界面势垒完全消失，电子隧穿概率达到100%。理论计算表明，ALB界面的键合能是范德华界面的5.4倍，从根本上消除了电荷输运的障碍。

在实验层面，高分辨扫描透射电子显微镜图像清晰地展示了Au与MoS₂之间形成的高质量共格界面。电学测量结果显示，经过300 ℃退火后，ALB接触的接触电阻可低至70 Ω·μm，短沟道（30 nm）晶体管的最大开态电流达到1.1 mA/μm，开关比超过10⁷，亚阈值摆幅为100 mV/dec，完全满足2028年国际器件与系统路线图（IRDS）的性能目标。

更为重要的是，ALB接触展现了优异的热机械稳定性。在400 ℃高温退火后，ALB器件结构保持完好，而传统金接触器件因应力诱导电极再结晶，沟道长度大幅伸长，电学性能严重退化。这一特性使ALB技术能够完美兼容现有芯片制造工艺，真正跨越“实验室到工厂”的鸿沟。

ALB技术不仅为MoS₂提供了一种高性能的接触方案，也为其他二维半导体材料开辟了通用路径。该成果的成功实现，标志着二维半导体在迈向工业化的道路上迈出了关键一步，为后摩尔时代半导体技术的发展提供了重要支撑。

图1.（a-b）金和MoS₂系统中vdW接触（a）和ALB接触（b）的差分电荷密度（红色，正;紫色，负）。右侧的图表是沿垂直方向的对应静电势分布。（c）通过计算获得的ALB和vdW界面的键合能。（d）ALB界面的HAADF-STEM图像。（e）从典型传输线法中提取的接触电阻（R_C）。（f）同一器件在30纳米短沟道MoS₂场效应晶体管（g-h）短沟道MoS₂晶体管的扫描电子显微镜图像，其ALB接触（g）和金直接接触（h）在加热前后均有此特征。（i）MoS₂晶体管在退火前后使用ALB接触及不同类型金接触时的传输性能。（j）ALB接触与Sb vdW接触的性能对比。P_C, 工艺兼容性; R_C, 接触电阻(Ω·μm) ; σ, 电导率 (S/m) ; T_C, 热导率(W/mK) ; T_S, 热机械稳定性 (℃) 。

该文章以题为“Bonding at the atomic limit: redefining contacts in two-dimensional semiconductors”发表在Journal of Semiconductors上。

文章信息：

Bonding at the atomic limit: redefining contacts in two-dimensional semiconductors

Bei Zhao and Xidong DuanJ. Semicond. 2026, 47(4), 040401 doi: 10.1088/1674-4926/26010050

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2 在环境空气中制备稳定的钙钛矿光伏电池

钙钛矿太阳能电池因其高效率潜力和低制造成本的优势，成为了全球绿色能源领域的研究热点。然而，将实验室中的小面积钙钛矿技术转化为大规模生产仍面临巨大挑战，尤其是在组件制造过程中如何应对湿气对薄膜的影响。

钙钛矿薄膜在空气中的湿气影响下，容易出现结晶无序、薄膜质量差等问题，这严重影响了其性能。为了避免这种情况，传统的方法通常需要严格控制环境条件，保证空气湿度、温度等因素，但这不仅成本高昂，还难以在大规模生产中实现。

杭州纤纳光电科技股份有限公司颜步一博士和浙江大学兰东辰研究员团队在最新出版的《半导体学报(英文)》2026年第4期上发表News and views文章“Stabilizing perovskite fabrication in ambient air”，简短评论了南京大学谭海仁教授团队最近在《Joule》上报道的一项工作。他们使用了一种名为n-butylammonium thiocyanate（nBASCN）的添加剂，能够在制造过程中有效调节薄膜的结晶过程。这种方法的最大亮点是，它不再依赖于高精度的环境控制，而是通过干预薄膜形成的“湿膜”阶段，促进钙钛矿薄膜的均匀生长和更好的结晶质量。经过这种处理的钙钛矿薄膜，表现出了更少的缺陷，光电性能也大大提升。

这种创新不仅提升了单结钙钛矿太阳能电池的效率，还为更复杂的钙钛矿-硅叠层电池制备提供了新思路。实验数据显示，经过这种处理的钙钛矿-硅叠层电池获得了同类型电池相似面积中最高的能量转换效率，并且在能量损失方面表现更好。更重要的是，这项技术可以在常规环境下进行，无需像过去那样在严格的条件下制造薄膜，从而大大降低了生产成本。

这一突破性的研究为钙钛矿太阳能电池的商业化应用带来了希望，解决了大规模生产中的一大难题，也为绿色能源的普及奠定了基础。这项技术的成功应用，不仅将加速钙钛矿太阳能电池的普及，还将在推动全球能源转型和应对气候变化方面发挥重要作用。

图1. (a) 混合顺序沉积工艺和湿膜干预策略的示意图。(b) 钙钛矿薄膜在有无nBASCN添加剂干预下的演变示意图。(c) 在玻璃上沉积的对照组和nBASCN实验组钙钛矿薄膜的稳态光致发光光谱。(d) 优化后钙钛矿太阳能电池的电流-电压曲线（电池面积1.044 cm²）。(e) 钙钛矿太阳能电池的功率损失分析。(f) 钙钛矿-硅异质结叠层电池的示意图。(g) 优化后叠层电池的电流-电压曲线（电池面积1.1664 cm²）。(h) 已报道的在空气中制造的钙钛矿-硅叠层电池的效率统计。

该文章以题为“Stabilizing perovskite fabrication in ambient air”发表在Journal of Semiconductors上。

文章信息：

Stabilizing perovskite fabrication in ambient air

Ruihao Gong, Buyi Yan, and Dongchen LanJ. Semicond. 2026, 47(4), 040402 doi: 10.1088/1674-4926/2602003

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