隨著機(jī)器學(xué)習(xí)、物聯(lián)網(wǎng)等數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用的爆發(fā)，傳統(tǒng)馮·諾依曼架構(gòu)面臨的算力瓶頸日益凸顯，存內(nèi)計算成為突破這一限制的關(guān)鍵路徑。在眾多探索材料中，二維過渡金屬硫族化合物（TMDC）半導(dǎo)體因其原子級厚度、層依賴能帶結(jié)構(gòu)及優(yōu)異電學(xué)性能而備受矚目。特別是單層二硫化鉬（MoS2），擁有1.8 eV的直接帶隙和高達(dá)10^8的開關(guān)電流比，被視為理想半導(dǎo)體材料。然而，二維材料與常規(guī)三維電極接觸界面質(zhì)量差導(dǎo)致的巨大接觸電阻，嚴(yán)重制約了其器件性能的發(fā)揮。盡管基于TMDC異質(zhì)結(jié)的金屬-半導(dǎo)體結(jié)可通過費(fèi)米能級釘扎緩解和肖特基勢壘調(diào)制來降低接觸電阻，但如何在保證高質(zhì)量生長的同時實現(xiàn)可擴(kuò)展的晶圓級制造，仍是行業(yè)面臨的重大挑戰(zhàn)。

針對這一難題，研究團(tuán)隊提出了一種結(jié)合金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積（MOCVD）與硫化工藝的創(chuàng)新方法，成功在晶圓尺度上制備出圖案化的二硫化鈮（NbS2）-二硫化鉬異質(zhì)結(jié)。該工藝流程首先通過MOCVD在藍(lán)寶石襯底上生長單層MoS2，隨后轉(zhuǎn)移至硅/二氧化硅基底并進(jìn)行光刻干法刻蝕以定義溝道。接著，蒸鍍3納米厚的鈮層并進(jìn)行硫化處理，原位生成二維NbS2接觸層。這種兩步法不僅實現(xiàn)了高質(zhì)量晶體生長，還通過圖案化設(shè)計控制了結(jié)的形成與載流子傳輸，為高性能器件集成提供了可行方案。

結(jié)構(gòu)表征證實了異質(zhì)結(jié)的高品質(zhì)。原子力顯微鏡（AFM）顯示硫化后的NbS2表面平滑，厚度約12納米；拉曼光譜在339 cm?1和380 cm?1處出現(xiàn)強(qiáng)峰，確認(rèn)為2H相NbS2，且X射線光電子能譜（XPS）未發(fā)現(xiàn)殘留金屬鈮信號，表明硫化完全。更為關(guān)鍵的是，異質(zhì)結(jié)界面呈現(xiàn)出清晰的原子級結(jié)合，NbS2以六方排列垂直堆疊在MoS2晶格之上，無明顯缺陷或范德華間隙，確保了高效的電子耦合。

電學(xué)測試結(jié)果顯示，該異質(zhì)結(jié)顯著提升了器件性能。與傳統(tǒng)Ti/Au三維接觸相比，NbS2-MoS2異質(zhì)結(jié)的接觸電阻降低了一個數(shù)量級（從4.9 kΩ·μm降至440 Ω·μm）。在室溫下，采用二維NbS2接觸的場效應(yīng)晶體管（FET）導(dǎo)通電流較純MoS2器件提升高達(dá)九倍，有效遷移率達(dá)到77 cm2 V?1 s?1。在5×4毫米2的區(qū)域內(nèi)，144個FET陣列的設(shè)備良率高達(dá)95.8%，開態(tài)電流變異系數(shù)僅為17.4%，證明了該工藝在厘米尺度上的高度均勻性和可擴(kuò)展性。

基于此異質(zhì)結(jié)，研究團(tuán)隊進(jìn)一步構(gòu)建了浮柵場效應(yīng)晶體管（FGFET）非易失性存儲器。器件結(jié)構(gòu)中引入5納米鉑層作為浮柵，夾在270納米厚的阻擋氧化物和7納米厚的隧道氧化物之間。測試表明，該存儲器具有13.8 V的大編程窗口，開關(guān)電流比達(dá)到10^7，比純MoS2器件高出兩個數(shù)量級。通過施加極化和去極化脈沖，器件能夠?qū)崿F(xiàn)電導(dǎo)率的、連續(xù)調(diào)制，展現(xiàn)出多電平數(shù)據(jù)存儲潛力。耐久性測試顯示，器件可承受超過60,000次編程脈沖，且估算的數(shù)據(jù)保持時間約為19年。

器件仿真進(jìn)一步證實，在適當(dāng)控制氧化物縮放的條件下，即使柵極長度縮小至100納米以下，長溝道器件約14 V的大編程窗口仍能得以維持。這一成果不僅解決了二維半導(dǎo)體接觸電阻高的痛點(diǎn)，更為高性能、低功耗的存內(nèi)計算和下一代非易失性存儲器提供了極具應(yīng)用前景的材料平臺與工藝路線。