WSe2 /金属界面范德华接触调控费米能级钉扎效应及层数依赖的肖特基势垒研究

针对WSe2 /金属界面强费米能级钉扎(FLP)导致高肖特基势垒(SBH)的问题，研究人员通过密度泛函理论(DFT)揭示了范德华(vdW)接触可减少金属诱导带隙态(MIGS)和界面偶极，显著弱化FLP效应，并发现SBH随WSe2 层数变化。该研究为设计高性能WSe2 双极型器件提供了理论依据。

　　

二维过渡金属二硫化物(TMDs)如WSe₂
因其高载流子迁移率和开关比，被视为下一代场效应晶体管(FETs)的理想沟道材料。然而金属电极与TMDs间的强费米能级钉扎(FLP)效应导致肖特基势垒(SBH)难以调控，严重制约器件性能。传统解决方案如掺杂、六方氮化硼(h-BN)插层等存在工艺复杂或材料损伤等问题，而WSe₂
独特的p型特性使其在互补金属氧化物半导体(CMOS)技术中更具潜力。

为突破这一瓶颈，中国的研究团队通过密度泛函理论(DFT)系统研究了WSe₂
/金属范德华(vdW)接触界面特性。采用维也纳从头算模拟软件包(VASP)结合投影缀加波(PAW)方法，引入Grimme的DFT-D3修正范德华力，并考虑自旋轨道耦合(SOC)效应。通过构建不同层数(1-4层)WSe₂
与多种金属(Au、Ag、Pt等)的接触模型，对比分析直接接触与vdW接触的电子结构差异。

Results and discussion
研究发现vdW接触使WSe₂
/金属界面距离增大至3.3 ?以上，金属诱导带隙态(MIGS)密度降低60%，界面偶极矩减小至0.05 e?，FLP因子从直接接触的0.28提升至0.52。单层WSe₂
的n型SBH为0.45 eV，而四层时降至0.12 eV，呈现明显层数依赖性。通过分析界面势差和费米能级偏移，揭示了其偏离Schottky-Mott极限的物理机制。

Conclusion
该研究证实vdW接触能有效弱化FLP效应，通过选择金属电极和调控WSe₂
层数可实现0.1-0.5 eV范围内的SBH调控，为获得低接触电阻的n/p型欧姆接触提供了理论指导。德国德累斯顿工业大学Arkady V. Krasheninnikov团队参与的这项研究发表于《Materials Today Nano》，其成果对开发基于WSe₂
的高性能双极型器件具有重要指导意义。