近日，松山湖材料实验室研究员林生晃、张广宇及副研究员崔楠团队，联合武汉理工大学教授章嵩团队，创新性地开发了一种可印刷超薄氧化镓（GaOX）隧穿接触技术，系统揭示了氧空位调控下的复合隧穿输运机制，并在多层二硫化钨（WS2）场效应晶体管中同时实现了高载流子迁移率、低接触电阻与低势垒高度。相关成果发表于《极端制造（英文）》。
二维半导体材料在后摩尔时代集成电路发展中具有重要战略意义，但其器件性能长期受制于金属-半导体接触界面的肖特基势垒与费米能级钉扎效应。
针对上述挑战，研究团队提出并验证了一种基于可印刷超薄GaOX隧穿层的二维晶体管接触工程新策略。利用液态镓的自限氧化特性，团队制备出厚度约3.6 nm的超薄GaOX薄膜，并首次将其作为主动隧穿接触层应用于二维半导体器件。与传统六方氮化硼（hBN）等绝缘隧穿介质不同，该GaOX薄膜中可控引入的氧空位缺陷态显著缩窄了有效隧穿势垒宽度，从而在金属与WS2沟道之间构建了低势垒、高隧穿概率的载流子注入通道。
研究表明，GaOX隧穿接触的载流子输运并非依赖单一隧穿机制，而是在电场与温度协同作用下，激活了由氧空位调控的复合隧穿输运机制，涵盖缺陷辅助隧穿、直接隧穿及Fowler-Nordheim隧穿的协同贡献。这种独特的混合隧穿行为使器件同时实现了超低接触电阻（2.38 kΩ·μm）、极低接触势垒（3.7 meV）以及创纪录的多层WS2电子迁移率（296 cm2·V-1·s-1）。
此外，该GaOX隧穿层采用液态金属低温印刷工艺制备，与二维材料形成范德华集成界面，有效规避了费米能级钉扎问题，并展现出优异的大面积均匀性与器件稳定性。该工作不仅阐明了超薄GaOX中氧空位在隧穿调控中的关键物理作用，也为低维电子器件中可规模化、低热预算的高性能接触工程提供了一条新的实现路径。
总体而言，该研究为隧穿接触从“被动绝缘层”向“功能化注入界面”的转变提供了新的物理图景与工艺范式，其低温、可印刷的GaOX制备工艺可为大面积集成、柔性电子与后端兼容制造提供新的技术思路。
相关论文信息：https://doi.org/10.1088/2631-7990/ae51d2
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