二维电子气诱导的隧穿势垒降低与欧姆接触同步实现机制研究

为解决二维材料金属-半导体接触中因范德华(vdW)间隙导致的电子注入受限问题，研究人员通过二维电化物(2D electrides)的超低功函数(2.78-3.64 eV)和富电子特性，在MSi2N4(M=Cr/Hf/Mo等)与TMDs(如MoS2/WS2)界面构建准键合作用，实现隧穿概率提升至100%（传统vdW接触仅1-3%），同时获得环境稳定的欧姆接触，为高性能二维光电器件开发提供新范式。

　　

在二维材料异质结研究中，无悬挂键界面虽有助于费米能级去钉扎(Fermi-level depinning)，但巨大的范德华间隙(vdW gap)会形成额外隧穿势垒(tunneling barrier)，严重制约金属-半导体接触的电子注入效率。有趣的是，具有表面游离电子和超低功函数(2.78-3.64 eV)特性的二维电化物(2D electrides)，在与MSi₂N₄或过渡金属二硫属化物(TMDs如MoS₂/WS₂/WSe₂)形成异质结时，能像"电子海绵"般通过界面准键合(quasi-bonds)显著压制势垒。这种给体-受体(donor-acceptor)接触不仅展现欧姆行为(Ohmic behavior)，其界面耦合强度更远超普通vdW作用——隧穿概率从碳基接触的1-3%飙升至惊人的100%！更妙的是，通过对非接触面进行溴化处理，这种电化物基接触还能保持优异的环境稳定性。该发现如同为二维电子器件装上了"电子高速公路"，为突破界面输运瓶颈提供了全新解决方案。