第一作者：Yuan Liu

通讯作者：段镶锋、黄昱

第一单位：加州大学洛杉矶分校（美国）

研究亮点：

1.创造了一种没有化学无序和钉扎效应的金属-半导体接触界面

2.实现了对肖特基能垒高度的实验调控

3.从实验上证实了肖特基-莫特规则的极限

金属-半导体异质结是现代电子器件和光电器件的核心，其最重要的特征参数之一是肖特基能垒高度，它决定了电荷载流子穿过异质结的能垒大小，从而决定了电荷传递效率和器件最终性能。

从理论上而言，在理想的金属-半导体异质结中，肖特基能垒高度可以通过肖特基-莫特规则进行预测和调控。然而，自从20世纪30年代以来的80多年时间里，肖特基-莫特规则却无法在实验室给予正确的预测。这主要是因为，在实际体系中，金属-半导体界面往往存在化学无序和费米能级钉扎效应。

有鉴于此，加州大学洛杉矶分校段镶锋和黄昱课题组报道了一种范德华金属-半导体二维异质结，从实验上实现了对肖特基能垒高度的调控，接近肖特基-莫特极限。

图1. 范德华金属-半导体异质结

研究人员将原子级超薄金属薄膜层压于二维半导体表面，避免了化学键的产生，创造了一种没有化学无序和钉扎效应的金属-半导体界面。接近于肖特基-莫特极限的肖特基能垒高度取决于金属功函数，具有高度可调控性。

图2. 范德华金属-半导体异质结肖特基能垒高度的实验调控

通过将与MoS₂导带或价带边界功函相匹配的Ag或Pt金属薄膜转移到半导体表面，研究人员得到了一种高效的晶体管，室温下两端电子迁移率和空穴迁移率分别可达到260 cm² V^-1 S^-1和175 cm² V^-1 S^-1。进一步，通过和不同功函数的对称接触，研究人员实现了开反回路电压1.02 V的Ag/MoS₂/Pt光电二极管。

图3. Ag/MoS₂/Pt光电二极管

总之，这项研究从理论上证实了理想金属-半导体异质结的理论极限，并为高效电子器件和光电器件开发了一种高效、无损的金属集成策略。

参考文献：

Yuan Liu, Yu Huang, Xiangfeng Duan et al. Approaching the Schottky–Mott limit in van der Waals metal–semiconductor junctions. Nature 2018.