在现代社会，从掌心的智能手机到太空探索的卫星设备，从人工智能的算力核心到物联网的连接终端，无数电子设备的顺畅运行都离不开一项关键技术 ——CMOS（互补金属氧化物半导体）。这项技术最初由萨支唐教授（1932-2025）在1963年提出。他这一革命性的设计创造性地结合了具有互补电学特性的n型与p型MOS晶体管，从而大幅降低了静态功耗与散热，成功突破了大规模电路集成的核心瓶颈，作为微电子工业的核心基石，奠定了现代半导体低功耗、高集成的发展基础。

在纳米电子器件领域，接触电阻是决定晶体管性能的关键因素。对于 n 型二维半导体，研究人员已通过铋（Bi）、锑（Sb）等半金属电极实现超低接触电阻，但 p 型二维半导体的低电阻接触一直面临挑战。传统高功函数金属（如铂、钯）与 p 型半导体接触时，会因金属诱导能隙态（MIGS）的形成导致费米能级钉扎效应，大幅增加接触电阻，严重限制了器件性能。

近期，香港理工大学柴扬教授团队在该领域取得突破，该团队研发的能带杂化硒（Se）接触技术，提供了一种降低p型二维半导体接触电阻的方法，为下一代纳米电子器件升级提供关键支撑。相关成果已发表于《自然—纳米技术》。该技术将p型二硒化钨晶体管的接触电阻降至 540 Ω·μm，开态电流密度达到 430 μA·μm^-1（80 nm沟道长度），为高性能纳米电子器件的大规模集成提供了可靠方案。

柴扬教授团队研究发现，硒作为元素周期表中功函数最高（5.9 eV）的元素，其独特的电子结构为解决这一问题提供了突破口。通过在金电极与 p 型半导体之间引入一层超薄硒界面层，形成 Au/Se接触结构，硒与金电极发生能带杂化，使接触界面从半导体特性转变为半金属特性。这种半金属特性具有费米能级附近低态密度的特点，能有效抑制 MIGS 的形成，同时高功函数特性显著降低了肖特基势垒高度。 实验结果显示，Au/Se 接触结构与 WSe₂形成的界面有效功函数高于铂、金、和钯等传统金属接触，使得接触电阻低至 540Ω·μm，仅为传统铂/钯接触的六分之一左右。此外，该器件在 80 纳米短沟道下仍保持优异性能，开关比超过 10⁷，亚阈值摆幅低至 100mV·dec^-1，且在室温环境下放置 30 天或经 200℃退火处理后，电学特性无明显衰减，展现出良好的稳定性。

此外，该技术具有极强的普适性。研究团队将其拓展至黑磷和碳纳米管等其他 p 型半导体，均取得显著性能提升。而作为对比，该技术应用于 n 型二硫化钼晶体管时性能反而下降，进一步证实其对 p 型半导体的特异性优化作用。

超薄硒层与金电极的能带杂化显著降低了费米能级附近的态密度，抑制了 MIGS 形成；同时，1.62 Å 的窄隧道势垒宽度和 3.68eV 的势垒高度使隧穿电阻率低至 1.74×10^-9Ω·cm²，与n 型半金属接触相当，确保空穴高效传输。

这种基于能带杂化的硒接触技术采用标准实验室工艺即可实现，具有规模化应用潜力。它不仅突破了 p 型二维半导体的接触性能瓶颈，更为纳米尺度 p 型电子器件的设计与集成提供了全新思路，有望推动低功耗逻辑电路、高速传感器等下一代电子设备的发展。该研究得到国家自然科学基金、香港研究资助局等项目支持。同时，本工作获北京大学张志勇教授团队、香港中文大学（深圳）张敏教授团队支持与协助。相关成果已在线发表于《自然—纳米技术》。第一作者为香港理工大学应用物理系博士后王聪，香港理工大学应用物理系博士生郭建苗和香港中文大学（深圳）博士后刘德行为该工作的共同第一作者。（来源：科学网）

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41565-025-02084-y

图1: 具有高有效功函数的能带杂化硒接触

图2：能带杂化硒接触二硒化钨场效应晶体管的电学特性

图3：能带杂化硒接触二硒化钨场效应晶体管的性能统计分析

图4：能带杂化硒实现二硒化钨低电阻接触的机制

图5：能带杂化硒接触和现有p 型场效应晶体管中的性能的对比