场效应晶体管器件尺寸的极致缩减是半导体集成电路产业发展面临的重要挑战，主要包括沟道长度和接触长度等器件特征尺寸的缩减和性能的优化。受益于超薄的原子结构，新型层状二维半导体具有优异的静电调控能力，在克服短沟道效应、缩减器件沟道长度方面展现出了显著优势。但二维半导体沟道的结构和特性也使得金属半导体接触界面处存在较大的接触电阻，从而限制了器件性能和接触长度的缩减。因此，在实现超短接触长度的同时保持相对低的接触电阻是目前二维电子学领域亟待解决的关键科学技术问题。

最近清华大学物理系低维量子物理国家重点实验室博士生李炫璋同学在导师范守善院士和魏洋副研究员、张跃钢教授的指导下，提出并发展了二维半导体的一维半金属接触。他们将两根平行排列且具有相同手性的半金属单壁碳纳米管用于二维半导体的接触电极，从实验上实现了具有亚 2 纳米接触长度的场效应晶体管器件。这种混合维度半金属半导体接触相比二维异质结更为紧密，并且可以在外部电场的调控下实现肖特基接触和欧姆接触之间的切换。发展了纵向传输线模型，实现了短接触极限下的低维场效应晶体管各项电学参数的定量评估。基于该模型提取得到一维二维界面接触电阻率和接触电阻在欧姆接触模式下分别可低至10^-6 Ω·cm²和50 kΩ·μm，这在二维半导体的超短接触中处于领先水平。进一步证明了一维半金属接触的独特能带结构使其功函数大范围可调，从而可以匹配具有不同带边位置的半导体，可用做MoS₂，WS₂，WSe₂等材料的通用电极。该工作为未来集成电路元器件尺寸的进一步微缩提供了新的发展思路和重要方法。

图1 器件结构、纵向传输线模型及接触电阻

这项研究成果以“One-dimensional semimetal contacts to two-dimensional semiconductors”为题发表在国际著名学术期刊Nature Communications上。清华大学物理系魏洋副研究员和张跃钢教授为该文的通讯作者，清华大学物理系博士生李炫璋为文章的第一作者。该项工作得到科技部（2018YFA0208401，2021YFA1400100, 2017YFA0205803）、国家自然科学基金（61774090，U1832218，51727805）、广东省重点领域研发计划（2020B010169001）、广东珠江人才计划地方创新研究团队项目（2017BT01N111）、深圳基础研究项目（JCYJ20200109142816479）和清华-富士康纳米科技研究中心的支持。

全文链接: https://doi.org/10.1038/s41467-022-35760-x