二维材料湖南省重点实验室在组分调控二维合金功函数及其应用中取得重要突破

10月26日，二维材料湖南省重点实验室研究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，为新一代电子器件的构筑提供了新途径。

随着半导体产业的高速发展，硅基晶体管的持续缩放已逼近其特征尺寸的物理极限。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。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/半导体接触是一个挑战。

作者团队通过一步化学气相沉积（CVD）法合成了组分连续可调的二维VS2xSe2(1-x)合金纳米片，合成的纳米片具有良好的六边形晶体结构，元素分布均匀。通过调控硫前驱体蒸发温度（当温度从175℃升高到210℃时），合金组分x呈现从0到1的变化，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，VS2xSe2(1-x)合金纳米片的功函数随着合金组分变化而变化。该合金功函数可以在4.79 eV（x = 0）到4.64 eV（x = 1）连续调控。

图1. VS2xSe2(1-x)纳米片的合成及表征。

图2. 不同合金组分VS2xSe2(1-x)纳米片在HOPG基底上的KPFM表征。

作者团队在实验室合成的VS2xSe2(1-x)合金纳米片在调节金属/半导体能带对准和改善接触质量方面具有很大的应用潜力。为此，作者团队采用两步CVD法制备了不同合金组分的VS2xSe2(1-x)/WSe2及VS2xSe2(1-x)/MoS2范德华异质结（vdWHs）场效应晶体管（FET）。二维金属合金的功函数调控和能带对准为二维金属/半导体vdW异质结构的柔性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3.VS2xSe2(1-x)/WSe2 vdWH FET的KPFM测试和电学特性。

图4. VS2xSe2(1-x)/MoS2 vdWH FET的KPFM测试和电学特性。

该研究论文以“Two-dimensional metallic alloy contacts with composition-tunable work functions”为题发表在国际顶级期刊《Nature Electronics》。二维材料湖南省重点实验室主任、湖南大学化学化工学院段曦东教授和湖南大学化学化工学院李佳副教授是该工作的通讯作者，湖南大学化学化工学院博士研究生李鑫和中国科学院半导体所博士研究生龙浩然是该工作的第一作者。该工作得到了来自国家自然科学基金、湖南省创新群体项目、湖南省二维材料重点实验室、国家重点研发计划等项目的资助。

来源：化学化工学院

实习编辑：代仪群

责任编辑：余楚倩