一种为二维器件生产有图案过渡金属双胞脲层的技术

韩国蔚山国家科学技术研究院(UNIST)的研究人员最近介绍了一种方法，用于生产薄而有图案的过渡金属双胞脲薄膜，并将其集成到二维金属半导体中。他们的合成技术，发表在《自然电子》杂志上的一篇论文中，可以缓解现有的基于2d材料的电子产品的高接触电阻所带来的挑战。

石墨烯是一种非常适合发展电子学的材料，自从石墨烯被发现以来，其他具有类似特性的二维层状材料受到了广泛关注。这些材料包括过渡金属硫族化合物，如双碲化钨和双碲化钼(WTe2和MoTe2)。

这些过渡金属双碲化物是一类过渡金属硫族化合物，表现出独特和非凡的电学和光学性质。它们在量子计算机、晶体管和相变存储器等几项技术的发展上显示出了巨大的潜力。

研究人员之一的Soon-Yong Kwon教授告诉TechXplore:“大多数使用2-D过渡金属双水化物的研究都只利用了大块单晶的机械剥落薄片，这阻碍了材料的实际应用。”此外，金属与半导体之间的界面缺陷会引发接触问题(包括费米级钉扎)，这通常会降低基于2d材料的纳米电子器件的载流子注入效率。我们尝试用低功能的金属二维过渡金属双碲化物来解决这些接触问题。

由Soon-Yong Kwon教授和他的同事设计的合成过渡金属双碲化物的新方法需要使用一种富含碲的共晶合金作为气源来触发晶体的成核和生长。使用这种方法，研究人员能够在较短的时间内(约10分钟)，在450摄氏度的相对低温下，培养出4英寸大小的二维过渡金属双胞水化物。值得注意的是，这个过程也可以用来制作具有各种不同结构模式的晶片尺度的薄膜。

“我们应用二维过渡金属双碲化物薄膜作为电触点，将载流子注入到二维半导体中，比如二硫化钼，”Seunguk Song说，他是进行这项研究的研究人员之一。“我们发现这样的电子设备符合理想的载流子注入的规律。在控制界面上电子流动的效率方面具有很大的优势。

Kwon教授、Song和他们的同事用他们的方法合成的薄膜来建立电触点，并将它们集成到现有的二维半导体中。结果发现，该器件的性能优于基于其他类似二维金属材料的器件，表现出更低的接触电阻和更高的性能。

“我们生产方法的关键是不断地向过渡金属前体提供大量的碲蒸汽，以促进它们的化学反应。”歌说。“这一点特别重要，因为W和Te之间的化学活性非常低，通常很难成功生长。为了解决这一问题，我们选择了NixTey合金薄膜的前驱体作为Te源。

在研究人员合成的薄膜中，化合物NixTey不断地提供和捕获Te蒸汽，因为NixTey在高于合金熔点(即共晶点)的生长温度下处于类液态。这一过程最终避免了在粉体化学气相沉积过程中经常观察到的Te的稀缺性。

Kwon教授说:“通过将二维MoS2晶体转移到二维图案(W,Mo)Te2薄膜上，我们可以简单地制造垂直接触的异质结构。”这些2-D/2-D金属半导体结晶体管具有可调的肖特基势垒高度，由于没有接口问题，这种势垒高度取决于(W,Mo)Te2的工作函数。这使我们能够得到基于单层MoS2晶体管的最低肖特基势垒高度，在其他使用3-D或2-D金属触点的报道研究中也是如此。”

该研究对未来基于二维材料的电子学的发展具有重要的意义。最值得注意的是，Kwon教授、Song教授和他们的同事引入的合成方法，通过使具有不同工作功能的新型2d金属的生产成为可能，从而在2d半导体中控制某些类型的极性。

“在自然界中，还有其他种类的2d金属具有有趣的物理特性，但它们高质量、大面积生长的情况仍然罕见，”宋说。“基于这些新型2d金属的合成方法，我们现在计划研究2d / 2d异质结构和器件集成。”