下一代半导体核心电学性能瓶颈被攻克

制约新一代芯片发展的一大核心阻碍如今有望迎来解决方案。芯片制程持续微缩暴露出一个难以根治的难题：即便半导体材料本身导电性能优异，但电流导入材料的过程会产生功耗损耗，拖慢器件运行速度。

韩国研究团队现已提出一套可行的解决思路。该设计可让电流从导电区域平稳流入半导体区域，无需两种异质材料拼接形成传统界面结。团队还在纳米尺度下直接观测电荷运动轨迹，通过实验证实这种全新界面不会阻断电流传输。该研究成果有望助力研发体积更小、能效更高的电子器件，涵盖 AI 处理器、低功耗设备以及下一代逻辑芯片。

本研究由韩国科学技术院（KAIST）材料科学与工程系 Seungbum Hong 教授牵头，联合本校 Kibum Kang 教授、成均馆大学 Sung Beom Cho 教授课题组共同完成。

接触电阻为何成为微缩芯片发展桎梏

现代晶体管依靠金属电极向半导体输入电流，但两种材料的结合界面会阻碍电荷移动，产生接触电阻。接触电阻不仅消耗电能、产生热量，还大幅限制晶体管微缩所能带来的性能提升。

这一问题在二维半导体领域尤为突出。二维半导体仅由单层或几层原子构成，有望突破传统硅材料的物理尺寸极限，适配下一代电子设备。但极薄的材料特性，导致很难在不损伤、不改变半导体本身特性的前提下制备高效导电触点。

研究团队摒弃在半导体表层额外铺设独立金属电极的传统方案，在同一片连续二硒化铂（PtSe₂）薄膜内，分别构筑出导电区与半导体区。

二硒化铂（PtSe₂）是实现该方案的理想材料，其电学特性会随薄膜厚度发生改变：厚层区域表现为半金属，薄层区域则具备半导体特性。 这一特性无需拼接两种完全不同的材料，仅依靠同一种基底材料，就能在薄膜内部实现不同电学功能分区。

最终形成一体化单片结构，二硒化铂薄膜在功能分区交界处无物理断层。理论上，这种无缝衔接能为电荷提供更顺畅的传输通道，规避传统金属触点带来的接触电阻损耗。

纳米尺度直观观测电流传输过程

为验证上述猜想，研究团队采用原子力显微镜（AFM）开展测试。该设备依靠极细探针扫描材料表面，在纳米级尺度下精准探测样品物理与电学特性。

团队将该检测手段与面内电流探测技术结合，完整绘制出电荷从二硒化铂薄膜半金属区域流向半导体区域的运动路径。相关研究论文已发表于《Matter》期刊。

（从左至右）韩国科学技术院 Kibum Kang 教授、Minseung Gyeon 博士、博士生 Yeongyu Kim、Seungbum Hong 教授；圆形配图内从左至右依次为成均馆大学博士生 Ji Hoon Hong、Sung Beom Cho 教授。图片来源：韩国科学技术院

成像结果清晰显示，电流可顺畅穿过两种功能区交界，不会出现阻滞、偏移。研究团队表示，这是全球首次通过直接实验观测，证实电荷能够在一体化半金属 - 半导体同质界面实现无阻断传输。

赋能高速、低功耗AI芯片研发

研究人员向半导体区域施加外电场后，可精准调控器件内部电流大小。该结果证明这套结构不只是单纯导电介质，还能实现晶体管电子设备必需的开关调控功能。

目前该设计仍存在可靠性、电路集成、大规模量产等落地难题，但开辟了一条极具潜力的全新技术路线：依托同一种二维材料的不同厚度分区，同步实现导电触点与半导体有源层。