La valeur élevée de la résistance de contact (RC) entre les conducteurs métalliques en trois dimensions (3D) et les semi-conducteurs en monocouche bidimensionnels (2D) pose des défis majeurs pour leur intégration dans les dispositifs (opto)électroniques à l'échelle nanométrique. Alors que, dans les expériences, les valeurs élevées de RC peuvent en partie être dues à des défauts, les simulations à base des principes primes (ab initio) suggèrent que, même dans des structures exemptes de défauts, l'interaction entre les orbitales métalliques et semi-conductrices peut induire des états de bande interdite qui fixent le niveau de Fermi dans la bande interdite du semi-conducteur, augmentent la hauteur de la barrière de Schottky et ainsi dégradent la résistance de contact. Dans cet article, nous étudions, en utilisant une méthodologie de transport ab initio développée en interne qui combine la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) et les calculs de transport par la fonction de Green hors d'équilibre (NEGF), les propriétés physiques et la résistance électrique de plusieurs options de contacts métalliques de type n pour le monocouche de MoS2, même en présence de couches tampons, et pour les contacts de type p pour le monocouche de WSe2. L'interaction entre la hauteur de la barrière Schottky et la largeur de la barrière tunnel est analysée quantitativement, confirmant les excellentes propriétés du système Bismuth-MoS2 en tant que contact ohmique de type n. De plus, les résultats de simulation soutenus par des expériences rapportées dans la littérature suggèrent que le système Au-WSe2 est un candidat prometteur pour les contacts ohmiques de type p. Enfin, notre analyse révèle également qu'une petite modulation de quelques Angströms de la distance entre le (semi)métal et le dichalcogénure de transition (TMD) entraîne de grandes variations de RC. Cela pourrait aider à expliquer la dispersion des valeurs de RC rapportées expérimentalement dans la littérature, car différentes techniques de dépôt métallique peuvent entraîner de petites variations de la distance entre le métal et le TMD en plus d'affecter la densité de défauts possibles.
Ohmic Behavior in Metal Contacts to n/p-Type Transition-Metal Dichalcogenides : Schottky versus Tunneling Barrier Trade-off
1Daniel Lizzit, 1Pedram Khakbaz, 1Francesco Driussi, 2Marco Pala, and 1David Esseni
ACS Appl. Nano Mater. 6, 7, 5737–5746 (2023)
DOI: https://doi-org.ezproxy.universite-paris-saclay.fr/10.1021/acsanm.3c00166
1Polytechnic Department of Engineering and Architecture, University of Udine, Via delle Scienze 206, 33100 Udine, Italy
2Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies - C2N (CNRS, Université Paris-Saclay) 91120 Palaiseau, France
Contact : Marco Pala
Figure : Image des hétérostructures métal-MoS2 ou semimétal-MoS2 pour des contacts de type n. L'hétérostructure simulée est composée de trois régions : la région (semi)métallique à gauche, l'hétérojonction verticale (semi)métal-MoS2 au centre, et la région MoS2 à droite. Encart : Schéma du diagramme de bande montrant la larguer de la barrière tunnel et la hauteur de la barrière de Schottky entre le métal et MoS2 dans l'hétérojonction verticale.
