“找到与半导体优异的金属接触是一个与半导体自己一样古老的问题，”斯坦福大学的研究员 Aravindh Kumar 说 。“随着每一种新的半导体被发明（在尊龙凯时案例中，原子级薄的半导体，如二硫化钼 (MoS2)，寻找优异接触的问题再次浮出水面 。”
Kumar 和他的同事研究职员 Katie Neilson 和 Kirstin Schauble 面临的问题是寻找接触电阻 (RC) 险些为零的金属触点 。当这些质料集成到电路、LED 或太阳能电池中时，替换计划将铺张金属-半导体结处的电压和功率 。
为了应对这一挑战，这些斯坦福大学的研究职员最近开发了一种在单层二维半导体上制造合金金属触点的新手艺 。二维半导体上刷新的金属-半导体接触电阻，团结过渡金属二硫化物 (TMD) 的光学特征，可能为下一代逻辑和存储手艺铺平蹊径 。
二维半导体晶体管的远景
据研究职员称，二维半导体有望解决大尺寸晶体管中的通道控制问题：减小器件尺寸也会减小通道长度 。界面缺陷（由于晶体管栅极沟道的小尺寸）导致载流子迁徙率下降 。
研究职员体现，MoS2等过渡金属二硫化物 (TMD) 是亚 10nm 沟道晶体管的首选质料，由于它们在极薄的厚度下具有高迁徙率 。
基于单层MoS2通道的 FET 截面
研究职员在接受采访时诠释了他们最新研究的优先级：
我们小组之前的一项研究批注，镍 (Ni) 和钯 (Pd) 等高熔点金属 在沉积在单层 MoS2上时会造成损坏 。作为一种细腻的三原子厚质料，这会严重降低其电子性能 。因此，我们和其他小组实验了低熔点金属，例如铟（In）和锡（Sn），看看它们是否会镌汰对MoS2的损害 。拉曼光谱批注它们现实上对单层 MoS2造成的损伤可以忽略不计 。In 和 Sn 很是容易氧化，因此我们用金 (Au) 盖住这些低熔点金属触点，发明这些触点的性能很是好 。
合金触点的电气特征
为了避免铺张电压和功率，研究职员寻找了险些没有接触电阻 (RC) 的金属触点 。现在，市场上RC最少的最著名触点是银/金（Ag/Au）、金（Au）和锡（Sn） 。
斯坦福大学的研究职员乐成地制造了 In/Au 和 Sn/Au 合金触点，其接触电阻划分低至 190 ohm.?m 和 270 ohm.?m 。
与单层MoS2的最佳报告接触之间的 RC 较量
“我会说我们无意想到了这种合金化手艺，”该团队诠释说 。“然后，我们专注于合金化方面，由于这将确保这些触点的热稳固性和化学稳固性 。例如，In/Au 合金的熔点将高于纯 In，这使得它们关于晶体管制造中的任何后续加工都越发工业友好 。”
争取可扩展性
据该团队称，这项研究最具挑战性的方面是让这些二维半导体晶体管可靠且可重复地事情 。研究职员指出：“我们不但是为一次性的‘英雄’装备——即体现很是好的单个晶体管而爆发 。” “相反，我们希望展示整个芯片的接触电阻在统计上相关的刷新 。因此，虽然我们在最初的实验中拥有精彩的产品，但制品率或乐成率很低 。”
Sn/Au（左）和 In/Au（右）的ID与VGS的关系
例如，研究职员假设，若是他们最初制造 100 个产品，那么其中只有两三个会体现优异 。经由数月的重复试验，该团队试图确定装备制造历程和测试要领，以确保他们创立出可重现的芯片规模内的效果 。
在团队研究的早期阶段，他们只能在只有一到三个原子厚的二维通道的晶体管上实现优异的电气性能 。由于 2D TMD 实质上是原子级薄，因此它们在低温下生长以阻止熔化通常用于芯片互连的金属——这与晶体硅形成鲜明比照 。
虽然研究职员认可硅“仍然是高性能逻辑晶体管的黄金标准”，但他们对 2D TMD 晶体管的未来体现乐观，这可能有助于在基极上堆叠逻辑和存储器层硅 CMOS 层 。
2D 半导体：3D 集成的要害？
有许多迹象批注，摩尔定律的未来将由 3D 集成芯片形式的堆叠晶体管驱动，这可以缓解内存带宽问题或“内存墙” 。3D 集成芯片也可能彻底改变设计和布线要领 。
2D 半导体可能是建设此类 3D 集成芯片的要害解决计划，由于它们可以在低温下轻松生长，同时坚持电气特征完好无损 。由于高电阻触点一直是接纳二维半导体的障碍，因此这项研究关于大规模制造优异的工业级二维半导体可能具有开创性 。
图为确定金属和二维半导体之间接触电阻的测试结构
研究职员详细说明，“若是或当高质量、低温生长可以扩展到 12 英寸晶圆时，TMD 将在堆叠在硅逻辑顶部的存储器和盘算层中施展作用 。它们还可以作为嵌入式 DRAM、SRAM 高速缓存中的会见晶体管或 3D 闪存晶体管 。”
他们增补说：“与硅晶体管相比，前两个示例受益于更低的关态电流，由于单层 TMD 的能带隙比硅大 。”
2D TMD 的未来蹊径图
2019年，台积电宣布将最先生产SiGe作为其5nm工艺的PMOS沟道质料 。锗的研究始于 2000 年月初，这项研究花了快要 20 年的时间才抵达生产单位 。2D 半导体研究始于 2011 年左右，自那时以来取得了重大希望 。
凭证斯坦福大学的研究职员的说法，从 Ge 时间线推断，2D TMD 最早可能会在 2030 年泛起在消耗电子产品中是公正的 。可是，仍然保存一些开放的挑战，例如提高通道移动性和探索 P 型通道候选者 。在这些问题获得解决之前，其他新型二维半导体质料将面临强烈的竞争 。
该团队体现，摩尔定律的延续依赖于新质料、装备架构息争决计划 。“由于原子级薄的二维质料（如 MoS 2）是扩展摩尔定律的候选质料之一，因此必需优化它们的触点，以使其成为硅的合适替换品或增补品，”他们断言 。“降低接触电阻的解决计划，例如我们提出的合金触点，可以实现更高的电流和更好的节能效果 。”
