文章介绍了二维场效应晶体管（2D FETs）中界面的重要性及其类型。文章指出，传统的硅基场效应晶体管面临尺寸缩小挑战，而二维半导体材料成为推动晶体管尺寸缩小的候选材料。然而，界面的复杂性和特殊性对二维场效应晶体管的性能产生深远影响。上海技术物理研究所的王旭东研究员和复旦大学王建禄教授发表的综述论文详细介绍了不同类型的界面及其影响。此外，论文也强调开发兼容集成技术的重要性，以实现高质量的二维晶体管界面。文章还讨论了二维半导体在未来的发展与应用前景。
诺贝尔奖物理学奖得主Herbert Kroemer教授强调界面的重要性。传统硅基场效应晶体管面临挑战，二维半导体材料成为主要候选材料推动晶体管尺寸缩小。
二维场效应晶体管的界面划分为金属/半导体接触界面、电介质/沟道界面等四种类型。这些界面对提升二维场效应晶体管的性能至关重要。
论文详细分析了每种界面的结构、定义和公式，并探讨了当前的挑战、发展现状、最新研究范式和未来研究方向。论文强调界面的重要性并整合了相关研究领域的成果。
论文指出开发兼容集成技术是实现高质量二维晶体管界面的关键。此外，整合界面研究领域的成果，提高二维晶体管研究的重点性和效率也是未来的发展方向。
半导体产业是一个遍及全球的企业，二维场效应晶体管技术的进步需要研究界和半导体产业的协同努力。文章提供了文献信息，包括作者的姓名和论文的标题、出版刊物、发表年份和链接等详细信息。
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【研究背景】
诺贝尔奖物理学奖得主Herbert Kroemer教授曾提出一个著名观点：“the interface is the device”，高度强调了界面对器件性能的关键作用。当前，传统的硅基场效应晶体管（FETs）面临着巨大的尺寸缩小挑战。二维（2D）半导体以其原子级厚度和光滑表面，成为推动晶体管“More Moore”尺寸缩小的主要候选材料。然而，原子级薄的结构特性使得2D材料本质上仅呈现为一个表面，而2D FETs则仅仅由几个关键界面组成，例如金属/半导体界面、电介质/沟道界面等。这些界面的复杂性与特殊性深刻影响了2D FETs器件的最终性能及极限水平。同时，这些界面也构成了当前2D FETs实现规模化制造、高良率、晶圆级、低可变性、高维度集成及应用等发展的最大挑战。
【成果介绍】
鉴于此，上海技术物理研究所的王旭东研究员和复旦大学王建禄教授发表了题为“Interfaces in two-dimensional transistors: Key to pushing performance and integration”的综述论文在Materials Science and Engineering: R: Reports期刊上。该论文将2D FETs的界面划分为四种类型：（1）金属/半导体接触界面，（2）电介质/2D沟道界面，（3）表面与衬底界面，以及（4）晶圆级集成界面。前三种界面对提升2D FETs的性能至关重要，而第四种界面则是推动二维半导体“lab to fab”过渡的关键，尤其在规模化集成和3D集成方面具有重要意义，也是目前最热门的研究方向。
针对每种界面，论文从底层理论出发，详细分析了相关结构、定义和公式，并深入探讨了当前的挑战、发展现状、最新研究范式以及未来研究方向。论文强调，界面是在材料异质集成过程中形成的，传统硅基集成工艺通常与超薄二维材料不兼容，例如，PVD等“高能”沉积工艺通常会对二维晶格造成物理损伤，而ALD工艺则难以在化学惰性和无悬空键的二维表面上应用。因此，开发更为兼容的集成技术，对于实现高质量的二维晶体管界面至关重要。此外，论文也旨在整合界面研究领域的分散成果，提高二维晶体管研究的重点性和效率，推动二维半导体在未来的发展与应用。
【图文导读】
（仅展示部分图片）
图 2. 推动 2D FET 性能和进步的关键界面。a. 典型 2D FET 中的关键界面。b. 重点介绍晶圆级集成中的界面。
图 3. 各种异质集成技术制备2D FET。a. 左图：传统集成方法（如PVD. ALD. MBE等）造成的键合和失配界面的结构示意图。b. 左图：通过范德华集成实现的无键洁净界面的结构示意图；右图：通过范德华集成构建的PtS2/MoS2异质结界面的横截面结构表征。c. 对2D半导体的优点（左图）和缺点（右图）的分析表明。
图 4. 金属-半导体接触界面的理论分析、评价方法和实验结果。a. 电阻网络说明传输线模型和顶接触情况下载流子传输的方式。b. 典型的TLM方法评估2D FET的接触特性。c, d. 2D半导体接触界面的微观特征和能带结构。e. 常见的PVD形成金属接触会损坏二维材料。f. 预先制备金属电极并物理转移以形成vdW型接触的方案。g. 蒸发低熔点金属In以最小化蒸发能量以形成范德华型金属半导体接触的方案。
图6. 2D晶体管中电介质/沟道界面及工作原理。a. 晶体管结构图及工作示意图。b. 金属-电介质界面本征界面态的能带弯曲图。c. 不同材料的介电常数(k)和介电损耗(tan k)。高k(d)、电解质(e)和铁电(f)为栅极电介质的晶体管在对数坐标下的传输特性。
【总结展望】
总之，半导体产业是一个遍及全球的企业，二维场效应晶体管技术的进步依赖于研究界和半导体产业的协同努力。克服与二维半导体相关的众多挑战需要在材料合成、器件制造和界面工程方面共同推进创新解决方案。通过架起实验室研究和工业应用之间的桥梁，可以为二维半导体技术从实验阶段向商业可行性过渡铺平道路，最终实现二维半导体在半导体领域的变革性潜力。
【文献信息】
Chang Liu, Shuaiqin Wu, Ying Zhang, Xudong Wang, Junhao Chu, Jianlu Wang. Interfaces in two-dimensional transistors: Key to pushing performance and integration. Materials Science and Engineering: R: Reports. 162, 2025, 100883. 文献链接：https://doi.org/10.1016/j.mser.2024.100883.上海昂维科技有限公司现提供二维材料单晶和薄膜等耗材，器件和光刻掩膜版定制等微纳加工服务，以及各种测试分析，欢迎各位老师和同学咨询，竭诚做好每一份服务。
