北京
来源：科技日报
科技日报记者 张梦然
韩国科学技术研究院（KAIST）与成均馆大学联合研究团队成功开发出一种新型半导体结构，使电流在二维材料中能够无阻碍地流动。这一成果突破了长期困扰芯片行业的“电气瓶颈”，有望大幅降低下一代半导体器件的接触电阻，为人工智能芯片、超低功耗半导体等领域提供关键技术支撑。
在半导体器件中，金属电极与半导体接触的界面会产生接触电阻，导致性能下降和功率损耗。随着芯片尺寸不断缩小，这一问题愈发突出，被视为制约下一代半导体发展的主要技术瓶颈之一。传统方法只能将金属电极直接附着在半导体表面，但仍然难以彻底消除界面电阻。这可以理解为电流从金属流进半导体时，中间横着的一道“能量小坡”，也就是业内所说的势垒。在普通硅芯片里，换个合适功函数的金属能把坡削低一点。但在单层二维材料这种原子级厚度的体系里，材料本身的缺陷态会把费米能级“钉”在原处，导致换金属电极后那道“坡”的高度也几乎纹丝不动，接触电阻因此长期降不下来。
此次研究团队另辟蹊径，在单层二硒化铂（PtSe2）薄膜（仅一两层原子厚的二维材料）内部，连续构建出半金属区域和半导体区域，并使两种区域在同一材料内自然衔接。这种一体化结构避免了不同材料界面的突变，从而让电流能够平滑地从半金属区流向半导体区，不再受界面阻挡。
为验证这一设计，团队利用原子力显微镜在纳米尺度上直接观测薄膜内部的电荷输运行为。结果显示，当电流穿越半金属与半导体之间的边界时，流动连续、稳定，未出现路径阻塞或弯曲现象。这是首次实验直接证明单片接口不会干扰电流流动。此外，通过对半导体区域施加电场，团队成功控制了电流的通断，证实该结构具备实际器件操作能力。
该研究相关论文已发表于最新一期《细胞》旗下《Matter》。研究团队表示，这项技术为基于二维材料的下一代半导体提供了降低接触电阻的源头方案。
总编辑圈点
这项研究的意义在于从物理机制上突破了半导体器件微型化的瓶颈。传统方法依赖材料堆叠，会产生能量损耗。而本文中的研究，通过在同种二维材料内部构建“半金属—半导体”的特殊结构，实现了电流的无障碍传输，属于源头式创新。这一成果可能为后摩尔时代的芯片设计提供全新的底层逻辑，即不再靠工艺精度“硬扛”缺陷，而是靠材料本身特性消除障碍。未来，这项技术一经工程化，将直接推动AI算力芯片能效跃升，并加速超低功耗边缘计算设备的落地，尤其对可穿戴设备和物联网场景具有重要价值。
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