近日，中南大学孙健教授课题组与韩国成均馆大学Won Jong Yoo教授课题组合作撰写了题为“Fermi Level Pinning Dependent 2D Semiconductor Devices: Challenges and Prospects”的综述文章，总结了二维半导体器件中由于接触费米钉扎效应所造成的接触问题并探讨了目前报道的提升接触质量的可行解决方案。该论文最近在国际顶尖期刊《Advanced Materials》在线发表（Doi: 10.1002/adma.202108425）。中南大学刘晓迟副教授，成均馆大学Minsup Choi博士为论文共同第一作者。此工作得到国家自然科学基金、湖南省人才计划等资助支持。二维半导体得益于其原子级别的厚度，可以很好的减弱和避免短沟道效应，其表面缺乏悬挂键，具有优异的电学输运性质，同时可以更有效的构筑异质结构。这些优势使二维半导体材料有望成为后摩尔时代开发高性能、低功耗新型电子器件的重要材料基础。二维电子器件的发展目前面临的一个重要挑战是如何实现对二维半导体的欧姆接触。金属与二维半导体之间往往存在着严重的费米钉扎效应，金属与半导体之间的势垒几乎不随金属功函数的改变而发生变化。因此，通过改变金属的功函数也无法实现欧姆接触，此外器件的输运极性也无法通过改变接触金属得以实现。 根据之前的实验报道，二维半导体的电学接触很大程度上制约了器件的性能，是一个亟待解决的重要议题。这篇综述论文首先对二维半导体器件中的费米钉扎效应形成的物理机理进行了深入的探讨，介绍了导致费米钉扎效应的内在机理和外界因素，并通过物理模型阐明了二维半导体中的费米钉扎效应与传统块体半导体中的的差异。此外，介绍了用于表征费米钉扎效应的实验技术以及理论研究方法。随后，阐述了费米钉扎效应对电子器件性能的影响，尤其是在器件极性设计以及器件低功耗方面带来诸多的困扰。最后，系统的归纳了近些年来通过克服或利用费米钉扎效应来提升二维半导体器件中电学接触质量的一些可行方案，并总结了各个方案的优缺点以及技术挑战。
图1. 二维半导体接触界面费米钉扎效应形成的主要物理机理。
图2. 二维半导体的(a) 理想接触与 (b)实际接触对比。
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孙健教授，中南大学物理与电子学院特聘教授，日本国立理化学研究所（RIKEN）客座科学家，IEEE高级会员。研究专注于新原理电子信息功能原型器件的研究工作。在Science Advances，Advanced Materials, Advanced Functional Materials, ACS Nano，Nano Letters，IEEE EDL等国际学术期刊发表论文40余篇。担任IEEE sensors、Intermag等国际知名会议学术委员会成员。
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