接触界面对二维电子器件的性能有决定性的影响，其中，金属-半导体接触界面的肖特基势垒调控更是一个关键问题。由于费米能级钉扎效应，通常情况下难以实现对肖特基势垒的高效调控。因此，探索有效的肖特基接触调控方法、获得与器件功能匹配的势垒高度，是低维电子器件领域的关键科学问题，具有广阔的应用前景。

最近清华大学物理系博士生周佐平在魏洋副研究员和陈曦教授的指导下，使用全新的二维范德华超晶格材料Ba₆Ta₁₁S₂₈（BTS）作为肖特基接触电极，首次发现表面电偶极子可用于调控二维范德华接触。BTS的晶体结构由Ba₃TaS₅层与TaS₂层在c轴方向交替堆叠组成，如图1a所示，因此机械解理后的BTS具有两种可能的表面，Ba₃TaS₅表面与TaS₂表面。由于Ba₃TaS₅与TaS₂的层间电荷转移，BTS的这两种表面分别带有极性相反方向的电偶极子。表面电偶极子对BTS电极的功函数会产生显著影响，根据第一性原理计算，BTS这两种表面的功函数差异可达几个电子伏特。电学测试结果表明，TaS₂表面的负表面电偶极子与Ba₃TaS₅表面的正表面电偶极子可使BTS电极与二维WSe₂分别形成P或N型接触，从而分别产生电子或空穴的整流效果，如图1c和1d所示。该工作首次把表面电偶极子作为重要的因素用于二维肖特基接触的调控，为二维器件的设计、制备与调控增加了新的自由度与方法。此外，二维范德华超晶格材料的引入也为肖特基接触中电极功函数的选择与势垒的设计提供了更多灵活的选项。

图1. (a)BTS的晶体结构示意图；(b)BTS/WSe₂肖特基二极管器件示意图；(c) BTS电极与WSe₂形成P型接触的电学性能；(d) BTS电极与WSe₂形成N型接触的电学性能

这项研究成果以“Engineering van der Waals Contacts by Interlayer Dipoles”为题发表在Nano Letters上。清华大学物理系魏洋副研究员为该文的通讯作者，清华大学物理系博士生周佐平和人民大学物理系博士生林俊发为文章的共同第一作者。BTS材料制备由人民大学物理系夏天龙教授研究组完成，第一性原理计算由清华大学物理系吴健研究组完成。该项工作得到科技部（2022YFA1203401，2018YFA0208401，2019YFA0308602，2021YFA1400100）、国家自然科学基金（61774090，12074425，11874422，12161141009）、广东省重点领域研发计划（2020B010169001）和清华-富士康纳米科技研究中心的支持。

全文链接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c00056

供稿｜魏洋课题组

编辑｜骆洁

审核｜宋灿立