直接测出二维材料晶体管中的电子传输距离

随着人工智能计算、数据中心和移动设备对芯片性能要求不断提高，传统硅基晶体管正逼近物理极限。二维材料（如单层MoS₂）因厚度极薄、表面无缺陷，成为延续摩尔定律的希望所在。但晶体管微型化不仅依赖沟道缩短，还取决于金属电极尺寸能否同步缩小——而电极越小，接触电阻往往越大，严重制约性能。此前，学界对沟道缩放研究较多，但对金属接触的缩放极限却缺乏直接实验证据，因为难以在纳米尺度原位观测载流子如何从金属注入半导体。本研究创新性地采用横截面扫描隧道显微镜（XSTM），在真实工作电压下，以亚纳米精度直接探测铋（Bi）金属与单层MoS₂接触边缘的电子结构变化。研究人员发现：当施加源漏电压时，MoS₂导带边能量在接触边缘附近发生显著且局域化的偏移，该偏移随距离呈指数衰减；通过拟合其衰减曲线（以1/e为标准），测得载流子注入长度（即转移长度L_T）约为2.0–2.9纳米。这一数值远小于以往基于理论模型外推得到的9.25纳米，首次为1纳米技术节点（要求电极宽度<18纳米）提供了坚实的实验支撑。研究还证实，该方法具有普适性：在传统硅基绝缘体上硅（SOI）器件中同样成功测得约55纳米的转移长度，与经典传输线法（TLM）结果一致。此外，对p型二硒化钨（WSe₂）器件的测试显示其转移长度达211纳米，说明p型接触仍是当前瓶颈。总之，这项工作突破了长期依赖模拟和外推的研究范式，建立了可直接、原位、高分辨解析载流子注入物理的通用测量新方法，将有力推动超小型晶体管及未来电子器件的研发。