电阻难题，迎来新解法！

金属、半导体与绝缘体是构成现代微电子、光电子器件的三大核心基础单元，支撑着芯片、传感器、光电器件等各类电子设备的运行迭代。在半导体产业数十年的发展进程中，行业提升器件性能的核心思路始终聚焦于半导体材料的优化升级，包括提纯半导体材质、优化晶体结构、缺陷修复以及掺杂工艺改进等方向，以此提升载流子传输效率、降低器件损耗。相较之下，作为电极核心材料的金属，其自身结晶质量、结构有序度对器件整体性能的影响，长期以来未能得到充分重视与深入研究，成为纳米芯片技术迭代中被忽视的关键短板。

随着摩尔定律持续推进，晶体管制程不断突破，器件尺寸进入纳米级微缩阶段，传统工艺潜藏的技术瓶颈逐渐凸显。金属材料内部的晶格无序缺陷，以及金属与半导体接触界面的结构紊乱、晶格失配、杂质残留等问题，愈发严重阻碍载流子的高效注入与稳定输运，直接导致器件接触电阻升高、功耗增加、运行稳定性下降。在当前半导体产业追求极致性能的背景下，仅优化半导体材料已无法突破器件物理性能上限，金属电极的结构有序度、界面洁净度，已然成为制约纳米晶体管性能提升的核心因素。想要将电子器件性能推向理论物理极限，金属电极必须实现与单晶半导体相匹配的高精度、长程有序晶体结构。

为破解纳米器件金属接触电阻过高的行业共性难题，中国科学院上海技术物理研究所褚君浩院士牵头组建科研团队，经过长期技术攻关，成功研发出一种原子尺度精准可控的分步蒸镀工艺（Step‑Eva）。该创新技术可直接在半导体基底表面原位生长高质量单晶金属薄膜，从源头优化金属薄膜晶体结构与金属‑半导体接触界面质量，大幅降低器件接触电阻。这一颠覆性制备工艺突破了传统金属镀膜的技术局限，有望重塑纳米尺度晶体管的制备体系与技术标准，为下一代微纳电子器件的性能升级提供全新解决方案。该项重要科研成果已于8月27日正式刊发于国际顶级期刊《Science》，具备极高的学术价值与产业化应用前景。

造就有序晶体的生长窗口

传统真空蒸镀金属工艺采用连续沉积模式，金属原子在半导体表面快速成核、堆叠生长，极易出现二次无序成核、晶粒大小不均、晶格缺陷密集等问题，同时原子扩散与晶体成核存在固有竞争关系，难以形成规整有序的长程晶体结构，最终导致金属薄膜结晶质量差、界面缺陷多。针对这一核心痛点，Step‑Eva分步蒸镀工艺重构了金属薄膜的生长逻辑，将传统连续沉积过程拆解为多次循环式精细工序，每一轮循环均包含原子级精准沉积与长时间结构稳定弛豫两个阶段。

该工艺通过时间维度的精准调控，彻底分离薄膜沉积与结构弛豫两大过程，构建出专属的动力学生长窗口。在沉积阶段，仅沉积极薄的原子量级金属层，避免金属原子快速堆积造成的结构紊乱；在弛豫静置阶段，为金属原子提供充足的扩散、重组与规整排列时间，有效抑制无序二次成核现象的发生，推动晶粒横向延展、融合合并，逐步形成结构均匀、缺陷极少的晶体结构。通过多轮循环累积生长，该技术彻底化解了传统工艺中成核速度过快、原子扩散不充分的固有矛盾，最终实现长程有序、高质量单晶金属薄膜的范德华外延生长，从工艺层面解决了纳米金属电极结晶质量差的行业难题。

界面更洁净，接触电阻更低

经过大量实验验证，Step‑Eva分步蒸镀工艺具备极强的材料普适性，不局限于单一金属材质，可实现铋（Bi）、银（Ag）、铟（In）、金（Au）、钯（Pd）等多种常用功能金属的高质量单晶薄膜制备，能够适配不同类型二维半导体器件的电极制备需求，适用场景覆盖微电子、光电子、传感探测等多个技术领域。相较于传统多晶、非晶金属薄膜，该工艺制备的单晶金属薄膜结构完整、杂质缺陷极少，能够与半导体基底形成原子级洁净、低损伤的接触界面，彻底避免传统镀膜工艺中界面杂质残留、晶格破损、应力失衡等问题。

同时，该单晶金属电极的功函数分布均匀、边界清晰，器件局部电势波动被大幅压制，有效改善了金属‑半导体界面的电学特性。依托优质的单晶金属接触结构，二维半导体器件普遍存在的费米能级钉扎效应得到显著抑制，彻底打破了该效应导致的接触电阻居高不下的困境，让器件电学特性无限趋近于理想的肖特基‑莫特理论模型，实现了超低接触电阻的核心技术突破，为载流子高效注入与传输提供了坚实保障。

优异的纳米尺度器件性能

科研团队对基于Step‑Eva工艺制备的纳米晶体管开展了系统性电学性能测试，结果显示器件综合性能实现跨越式提升。无论是n型还是p型二维晶体管，器件开关电流比均突破10¹⁰量级，具备极强的开关调控能力与极低的关态漏电流，器件功耗控制效果优异。在极致微缩制程下，当晶体管沟道长度缩减至50纳米的行业主流先进制程尺度时，器件开态电流可稳定达到1.1毫安每微米以上，电流承载与传输能力处于行业领先水平。

在核心的接触电阻指标上，该工艺的优势尤为突出。测试数据显示，n型二维晶体管接触电阻低至36欧‑微米，p型二维晶体管接触电阻仅为145欧‑微米，大幅低于传统工艺制备的同类器件，充分验证了该工艺能够实现极高效率的载流子注入与输运，从根本上解决了纳米器件微缩后接触电阻飙升、性能衰减的难题。除电学性能外，该技术制备的单晶金属薄膜还具备卓越的尺寸微缩适配性与热稳定性，即便薄膜厚度降至超纳米级别，依然能够保持完整连续的导电通路，不会因厚度降低出现导电断裂、性能衰减等问题。

凭借超薄成膜、高导电、高稳定、低电阻的综合优势，该单晶金属电极工艺能够完美适配器件极致微型化、高密度集成的发展趋势，可有效支撑高端芯片、微型光电器件、低功耗传感器等产品的迭代升级。该研究成果不仅补齐了纳米器件金属电极的技术短板，更为下一代低功耗、高性能、高集成度的电子与光电子系统研发，提供了可靠的材料基础与全新的工艺路径，对推动后摩尔时代半导体技术的持续突破具有重要的现实意义与应用价值。