工程师将晶圆级二维材料和金属电极与范德华接触集成在一起

研究团队在研究二维(2D)电子器件的范德华(vdW)接触方面取得了进展。该团队开发了一种创新的全堆叠技术来制造二维电子器件，优化了二维材料和金属电极之间的界面接触。这项研究发表在《自然通讯》上。

在传统的二维电子器件制备工艺中，金属电极的沉积是关键步骤。沉积在二维材料表面的高能金属原子很容易破坏其晶格，最终降低器件的电性能。因此，实现二维材料与金属电极之间可靠的电接触是提高二维电子器件性能的关键。

近期研究表明，对于二维电子器件，实现范德华接触有望解决上述问题。范德华接触是指二维材料与金属电极之间通过范德华力相互作用。该方法避免了引入大量缺陷，可以实现良好的电接触，具有更好的可操作性和大规模应用潜力。

为了实现可靠的二维范德华接触，该团队开发了一种全堆叠技术。该技术允许在二维电气设备制造过程中将金属电极直接堆叠到二维材料上，从而避免金属沉积等步骤，从而保护二维材料免受损坏，同时实现出色的电气性能。

具体而言，利用该技术制备的二维电子器件具有尖锐的金属-半导体接触界面，界面处范德华能隙光滑清晰，且二维材料侧无金属原子掺杂，表明金属电极与二维半导体之间形成了高质量的范德华接触。

由于接触界面的改善，采用该技术制备的二维半导体晶体管与采用金属沉积工艺制备的晶体管相比，关态电流降低了 95% 以上，亚阈值摆幅降低了 50%，并且具有更高的开关比，更有利于低功耗集成电路。

为了展示全堆叠技术在晶圆级制造中的潜力，团队利用该技术制作了基于单层二硫化钼的场效应晶体管阵列，器件成品率高达98.4%，且表现出良好的一致性和稳定性。

晶体管阵列的平均开关比为6.8×10 6，其中91.3%的器件开关比大于10 6，晶体管阵列的优异性能和高一致性体现了全堆叠技术在实现二维电子器件可靠接触方面的优势。

本研究开发的全堆叠技术优化了二维材料与金属电极之间的界面接触，为二维电子器件的制备提供了一种高效、高质量、普适性的方法，有望为未来二维电子器件的工业化制造提供新的技术路径。

该研究团队由中国科学院中国科学技术大学曾华玲教授、乔振华教授和邵翔教授领导。