[发明专利]一种基于二维半金属电极的金属半导体接触结构

说明书

本发明公开一种基于二维半金属电极的金属半导体接触结构，所述半导体模块为二维半导体材料，所述金属电极模块为表面无悬挂键的二维半金属材料，所述二维半导体材料与二维半金属材料之间界面为表面粗糙度在0.01‑1nm且表面无悬挂键的范德华界面，所述二维半导体材料与二维半金属材料的层间距小于1nm；本发明的二维半金属材料具有合适的高功函数，以匹配半导体材料的能带边缘，并最终确保接近零的肖特基势垒，其场效应晶体管在室温下显示出创纪录高迁移率，减少肖特基势垒的全二维接触，并展示了其减少肖特基势垒的优化机制，有助于基于二维半导体的肖特基结设计和优化。

技术领域

本发明涉及金属-半导体技术领域，尤其涉及一种基于二维半金属电极的金属半导体接触结构。

背景技术

随着晶体管特征尺寸的缩小，金属-半导体界面接触电阻的干扰越来越突出，这也阻碍了器件缩放和性能限制的实现，尤其是超薄的二维半导体，金属/二维半导体接触不良的主要原因是大肖特基势垒，这是由于来自无序界面态和金属诱导间隙态的共同导致费米能级钉扎效应，因为相比于金属和体半导体之间的接触，二维半导体的超薄特性使其金属-半导体界面更容易受到晶格缺陷、界面捕获位点和化学相互作用的不利影响；

为了避免在传统金属的热沉积过程中产生这种界面态，现有技术通过转移金属电极的范德华接触来抑制金属/二维半导体界面中的费米能级钉扎，但来自常规金属的衰减金属波函数仍然引入MIGS，导致费米能级的严重钉扎效应，因此，本发明提出一种基于二维半金属电极的金属半导体接触结构以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提出一种基于二维半金属电极的金属半导体接触结构，该基于二维半金属电极的金属半导体接触结构利用二维半金属电极实现了金属和半导体之间的二维无势垒空穴接触，实现了接近零肖特基势垒高度和较高的碲纳米片场效应迁移率，促进基于二维半导体的电子学和光电子学以扩展摩尔定律。

为实现本发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：一种基于二维半金属电极的金属半导体接触结构，包括半导体模块和金属电极模块，所述半导体模块为二维半导体材料，所述金属电极模块为表面无悬挂键的二维半金属材料，所述二维半导体材料与二维半金属材料之间界面为表面粗糙度在0.01-1nm且表面无悬挂键的范德华界面，所述二维半导体材料与二维半金属材料的层间距小于1nm，所述二维半导体材料为二维材料，所述二维半金属材料为MX₂二维层状半金属材料。

进一步改进在于：所述二维半导体材料为BP、MoTe₂、MoS₂、WSe₂、MoSe₂和WS₂中的一种。

进一步改进在于：所述二维层状半金属材料MX₂中，M表示过渡金属，X表示硫族元素。

进一步改进在于：所述二维层状半金属材料为1T＇-MoTe₂、2H-NbS₂、1T＇-WTe₂、1T＇-TeSe₂、1T＇-TiS₂、1T-HfTe₂、1T-TiTe₂、1T＇-WS₂、PtTe₂和VSe₂中的一种。

进一步改进在于：所述二维半导体材料为掺杂过的二维材料，所述掺杂过的二维材料中掺杂元素包含金属掺杂元素Mo、W、Nb、Cu、Al、Au和Fe及硫族掺杂元素O、S、Se、Te、N和P。

进一步改进在于：所述二维半导体材料厚度为0.1-20nm，所述二维半金属材料厚度为1-100nm。

进一步改进在于：所述二维半金属材料的功函数范围为4.0-6.0eV，所述二维半金属材料电极创建的空穴型肖特基势垒高度为0-30meV。