金也
一、【科学背景】
自硅基晶体管逼近物理极限以来，原子级薄的过渡金属硫族化合物（TMDs）被视为“后摩尔”时代最理想的沟道替身：它们拥有1.2–1.8 eV的可调带隙、原子级锐利的界面和优异的静电控制，可将栅长继续压缩至10 nm节点以下。
然而，当工业试图把TMD从实验室搬进晶圆厂时，金属-半导体接触却成为“阿喀琉斯之踵”。传统硅工艺依赖金属硅化物与硅形成强共价键，接触电阻低至20–50 Ω·μm，且能经受400 °C后端制程（BEOL）不退化；而TMD表面只有范德华力，既无悬挂键，又被硫族原子“钝化”，金属沉积后只能形成弱范德华（vdW）搭接，带来三重恶果：一是隧穿势垒厚达1 nm、高度>0.3 eV，电子注入效率骤降，接触电阻普遍>500 Ω·μm；二是界面粘附能仅0.05 eV Å⁻²，高温退火时金属再结晶、球化，沟道被拉裂；三是热-电耦合失效，器件在300 °C即出现>50%性能衰减。
过去十年，科研界尝试边缘接触、半金属Bi/Sb、相变界面等方案，虽把电阻降到100 Ω·μm量级，却仍在BEOL热预算前败下阵来。如何像硅化物那样在原子尺度“焊死”金属与TMD，成为二维电子学能否走进5 nm以下技术节点的生死关。
二、【创新成果】
近期，北京科技大学张跃院士、张铮教授和张先坤教授联合首创“原子层键合（ALB）”工艺：利用超软氩等离子体选择性剥除单层MoS₂表面硫原子，暴露的Mo原子层因失配应力自发收缩6%，与Au(111)晶格失配从8%骤降至<0.3%，遂形成金属-金属共格界面；该界面键合能提升至0.28 eV Å⁻²，为vdW的5.4倍，载流子隧穿势垒接近0 eV，首次同时实现70 Ω·μm接触电阻、400 °C热稳定性及1.1 mA·μm⁻¹饱和电流，全面满足2028年IRDS高性能逻辑需求，并在WS₂、MoSe₂等多层二维半导体中验证通用性，为二维集成电路“实验室到晶圆厂”扫清最后障碍。
三、【图文解析】
图1 ALB 接触与 vdW 接触的比较。
图2 MoS₂与金电极之间ALB合金接触的实现。
图3 ALB接触的电子特性。
图4 铝基复合材料接触面的增强热机械稳定性。
四、【科学启迪】
综上所述，本文通过建立金属相干结合界面，成功实现了二维过渡金属二硫化物半导体与金属之间的ALB 接触，以“把范德华弱接触升级成金属共格强键合”的简洁思路，一举破解二维半导体电极的电阻、热稳定性双重瓶颈，示范了材料-工艺-器件协同设计的威力。，其精髓在于“让界面自己长出匹配晶格”——利用TMD本征层间弱耦合，使过渡金属面在失配应力下主动收缩，与金属晶格自对准，从而把高能量垒的“隧道口”改造成零势垒的“高速匝道”。。ALB 接触克服了范德华半导体的固有缺陷，极大地提高了范德华电子器件的工业兼容性，并有望引领二维电子器件从“实验室到工厂”的转变。
原文详情：10.1126/science.adz2405.
