湖南大学段曦东团队在二维合金组分调控金属功函数及异质结能带对准研究中取得重要突破，研究以“Two-dimensional metallic alloy contacts with composition-tunable work functions”( DOI: 10.1038/s41928-023-01050-7）为题在线发表在国际顶刊《Nature Electronics》上。该工作得到了国家自然科学基金、湖南省创新群体项目、湖南省二维材料重点实验室、国家重点研发计划等项目的资助。湖南大学化学化工学院博士研究生李鑫为本文第一作者，段曦东教授和李佳副教授为本文的共同通讯作者。

文章链接：https://doi.org/10.1038/s41928-023-01050-7

[低温真空探针平台&半导体分析仪为文章提供主要数据支撑]

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安装地点：湖南大学化学化工学院D区304

联系人：段曦东，15580884892

研究内容简介

随着半导体产业的高速发展，硅基晶体管的持续缩放已逼近其特征尺寸的物理极限。寻找功函数匹配的二维金属/半导体接触对于构建高性能器件来说至关重要。合成具有可变功函数的二维金属材料、构建能带匹配的金属/半导体接触是一个挑战。

有鉴于此，作者团队通过一步化学气相沉积（CVD）法合成了组分连续可调的二维VS_2xSe_2(1-x)合金纳米片，合成的纳米片具有良好的六边形晶体结构，元素分布均匀。通过调控硫前驱体蒸发温度（当温度从175℃升高到210℃时），合金组分x呈现从0到1的变化，合金组分x与温度呈现准线性关系。开尔文探针力显微镜（KPFM）研究证明，VS_2xSe_2(1-x)合金纳米片的功函数随着合金组分变化而变化。该合金功函数可以在4.79 eV（x = 0）到4.64 eV（x = 1）连续调控。

作者团队合成的VS_2xSe_2(1-x)合金纳米片在调节金属/半导体能带对准和改善接触质量方面具有很大的应用潜力。为此，作者团队采用两步CVD法制备了不同合金组分的VS_2xSe_2(1-x)/WSe₂及VS_2xSe_2(1-x)/MoS₂范德华异质结（vdWHs）场效应晶体管（FET）。二维金属合金的功函数调控和能带对准为二维金属/半导体vdW异质结构的柔性设计和性能优化提供了新思路，为集成电子和光电子器件的发展提供了新途径。

图1. 不同合金组分VS_2xSe_2(1-x)纳米片在HOPG基底上的KPFM表征。

图2. VS_2xSe_2(1-x)/WSe₂ vdWH FET的KPFM测试和电学特性。

图3. VS_2xSe_2(1-x)/MoS₂ vdWH FET的KPFM测试和电学特性。