二維半導(dǎo)體因其原子級厚度和獨(dú)特電學(xué)性質(zhì)，成為后摩爾時(shí)代器件的核心材料。然而，金屬-半導(dǎo)體接觸電阻成為限制器件性能的關(guān)鍵瓶頸。傳統(tǒng)二維半導(dǎo)體（如MoS?、黑磷）普遍存在高肖特基勢壘問題，導(dǎo)致載流子注入效率低下。近期發(fā)現(xiàn)的MoGe?P?單層因兼具高載流子遷移率（>103 cm2 V?1 s?1）和適中間接帶隙（0.49 eV），被視為理想溝道材料。本文通過第一性原理計(jì)算，系統(tǒng)揭示MoGe?P?與六種金屬（In、Ag、Au、Cu、Pd、Pt）的界面特性，闡明其超低接觸電阻的物理機(jī)制。理論預(yù)測的超低接觸電阻值，可通過高精度實(shí)驗(yàn)設(shè)備Xfilm埃利TLM接觸電阻測試儀進(jìn)行定量驗(yàn)證，這對材料性能評估和器件優(yōu)化至關(guān)重要。

界面構(gòu)型與穩(wěn)定性

/Xfilm

(a) MoGe?P?單層的優(yōu)化結(jié)構(gòu)（俯視圖與側(cè)視圖）(b) MoGe?P?單層的能帶結(jié)構(gòu)與投影態(tài)密度(c) MoGe?P?單層的聲子色散曲線

MoGe?P?單層由MoGe?層夾在兩個Ge-P層之間構(gòu)成，計(jì)算晶格常數(shù)為3.54 ?，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。其間接帶隙為0.49 eV，導(dǎo)帶底（CBM）和價(jià)帶頂（VBM）主要源自Mo-d軌道。選取In、Ag、Au、Cu、Pd、Pt六種金屬（功函數(shù)3.99-5.74 eV）作為電極，通過固定MoGe?P?晶格并調(diào)整金屬晶格匹配，構(gòu)建(1×1) MGP-In、(√3×√3) MGP-Ag/Au、(2×2) MGP-Cu/Pd/Pt超胞模型，晶格失配率為3.93%-4.90%。

優(yōu)化結(jié)構(gòu)俯視圖與側(cè)視圖：(a) MGP–In, (b) MGP–Ag, (c) MGP–Au,(d) MGP–Cu, (e) MGP–Pd, (f) MGP–Pt

優(yōu)化后，In、Cu、Pd、Pt接觸中P原子位于金屬原子頂部，Ag、Au接觸中P原子位于三角中心。界面距離d（P原子與金屬原子間距）在MGP-Cu/Pd/Pt中更?。?.91-2.00 ?），結(jié)合能Eb更負(fù)（-1.47至-1.96 eV），表明更強(qiáng)界面相互作用。

電子相互作用與電荷轉(zhuǎn)移

/Xfilm

(a)-(f) MGP–金屬接觸的電荷密度差（Δρ）與平面平均電子密度差Δρ(z)

通過電荷密度差分析，發(fā)現(xiàn)界面存在顯著電荷重分布：P原子周圍電荷積累，金屬側(cè)電荷耗盡，形成從金屬指向MGP的界面偶極子。Bader電荷分析進(jìn)一步量化電荷轉(zhuǎn)移量，Pd/Pt/Cu體系的電荷轉(zhuǎn)移（0.36–0.81 e）遠(yuǎn)超In/Ag/Au（0.08–0.19e）。這種強(qiáng)相互作用誘導(dǎo)金屬態(tài)向MGP帶隙延伸，直接導(dǎo)致費(fèi)米能級釘扎效應(yīng)。

(a)-(f) MGP–金屬接觸的投影能帶結(jié)構(gòu)

歐姆接觸與費(fèi)米能級釘扎

/Xfilm

(a)-(f) MGP–金屬接觸的投影態(tài)密度（PDOS）

投影能帶分析揭示所有接觸中費(fèi)米能級（EF）均位于MGP導(dǎo)帶內(nèi)，使電子SBH（Φn）呈負(fù)值，證實(shí)形成n型歐姆接觸。釘扎因子計(jì)算（S ≈ 0.05–0.08）表明存在強(qiáng)費(fèi)米能級釘扎，這是界面金屬態(tài)釘扎EF的結(jié)果。與弱釘扎體系（如石墨烯）相比，此特性使MoGe?P?對金屬功函數(shù)不敏感，大幅降低電極選擇難度。

(a) 電子和(b)空穴的SBH值隨金屬功函數(shù)的變化

隧穿特性與接觸電阻

/Xfilm

(a)-(f) MGP–金屬接觸沿z軸的有效靜電勢（EF為費(fèi)米能級）

MGP-Cu/Pd/Pt接觸無隧穿勢壘（ΦTB=0，WTB=0），隧穿概率PTB = 100%。MGP - In / Ag / Au的ΦTB分別為2.33 eV、1.30 eV、1.28 eV，WTB為0.98-0.58 ?，PTB為21.59%-50.46%，高于多數(shù)二維半導(dǎo)體1920。所有接觸的隧穿特定電阻ρt較低：MGP-Cu/Pd/Pt為0，MGP-In/Ag/Au為2.18×10?11-6.27×10?11 Ω·cm2，比MoSi?N?/WSi?N?-金屬接觸低兩個數(shù)量級。這表明MoGe?P?-金屬接觸具有極低電阻和高效載流子注入能力。本研究通過DFT計(jì)算系統(tǒng)揭示了MoGe?P?單層與六種金屬電極的接觸特性。所有接觸均因強(qiáng)界面相互作用形成歐姆接觸，其中MGP-Cu/Pd/Pt因零隧穿勢壘實(shí)現(xiàn)100%隧穿概率。MGP-In/Ag/Au的隧穿概率亦高于多數(shù)二維半導(dǎo)體。所有接觸的隧穿特定電阻極低，表明超低接觸電阻和優(yōu)異性能。這些發(fā)現(xiàn)為設(shè)計(jì)高性能MoGe?P?基電子器件提供了理論依據(jù)。

Xfilm埃利TLM電阻測試儀

/Xfilm

Xfilm埃利TLM接觸電阻測試儀用于測量材料表面接觸電阻或電阻率的專用設(shè)備，廣泛應(yīng)用于電子元器件、導(dǎo)電材料、半導(dǎo)體、金屬鍍層、光伏電池等領(lǐng)域。■靜態(tài)測試重復(fù)性≤1%，動態(tài)測試重復(fù)性≤3%■ 線電阻測量精度可達(dá)5%或0.1Ω/cm■ 接觸電阻率測試與線電阻測試隨意切換■ 定制多種探測頭進(jìn)行測量和分析通過使用Xfilm埃利TLM接觸電阻測試儀進(jìn)行定量測量的實(shí)驗(yàn)手段進(jìn)行精確表征和驗(yàn)證了理論預(yù)測的超低接觸電阻特性。

原文參考：《Ultralow Contact Resistance and Efficient Ohmic Contacts in MoGe2P4 ? Metal Contacts》

*特別聲明：本公眾號所發(fā)布的原創(chuàng)及轉(zhuǎn)載文章，僅用于學(xué)術(shù)分享和傳遞行業(yè)相關(guān)信息。未經(jīng)授權(quán)，不得抄襲、篡改、引用、轉(zhuǎn)載等侵犯本公眾號相關(guān)權(quán)益的行為。內(nèi)容僅供參考，如涉及版權(quán)問題，敬請聯(lián)系，我們將在第一時(shí)間核實(shí)并處理。