摘要
场效应晶体管（FETs）是现代半导体电子器件的基本组成单元，其制程工艺的不断进步推动了信息时代的发展和数字革命的发生。二维半导体材料因其栅极可控性好、表面光滑无悬挂键等特性，可以削弱短沟道效应并促进载流子传输，在新型FETs中展现出巨大的应用潜力。其中，肖特基势垒对于评估金属-半导体接触的电荷传输特性至关重要，并在一定程度上阻碍了界面载流子的传输。因此，寻找具有小肖特基势垒或欧姆接触的金属-半导体结对实现高性能FETs至关重要。本论文基于密度泛函理论计算与非平衡格林函数量子输运模拟，全面地研究了一系列金属与二维半导体材料的界面特性以及肖特基势垒的调控。研究内容简述如下： 首先，研究了石墨烯-GeN3异质结在应变工程下的电子结构和界面接触性质。发现石墨烯-GeN3异质结形成了势垒高度为0.21eV的p型肖特基接触。通过改变层间距离和施加双轴应变实现了肖特基势垒高度（SBH）、石墨烯掺杂类型和载流子浓度的可控调节，进一步实现了从肖特基接触到欧姆接触的转变。并提出了一种基于石墨烯-GeN3异质结的光电器件模型，其最高光响应率和外量子效率在可见光区域分别达到0.297AW-1和54.5%。 其次，分析了CrX2N4（X=C、Si）与三维金属（Ag、Ag、Au、Cu、Ni、Pd、Pt、Ti）界面的肖特基势垒。结果表明，CrC2N4-Ti接触在垂直方向上形成n型欧姆接触，并获得了100%的隧穿概率。发现费米能级钉扎（FLP）效应将CrX2N4-金属接触的SBH限制在狭窄的范围内。其中，Ag和Ti电极的垂直和横向SBHs为负值，表明欧姆接触。在基于CrX2N4的FETs的界面观察到较强的FLP效应，这是由于金属诱导间隙态和电极与通道CrX2N4之间的强耦合作用导致的。此外，Ti电极表现出最优异的接触性能，是基于CrX2N4的FETs的最佳候选电极材料。 最后，阐明了界面偶极子在不对称MoSSe与二维金属接触中的作用。通过选择具有不同功函数的二维金属可以调节肖特基势垒，从而实现从肖特基接触到欧姆接触的转变。发现二维金属-MoSSe界面的隧穿势垒取决于层间耦合强度，由于二维金属-MoSSe接触中存在的界面偶极子产生了FLP效应，导致界面处的能带排列偏离了理想肖特基-莫特极限。此外，MoSSe的带边位置对层数和应变都很敏感，通过改变MoSSe层数和施加双轴应变可以调控SBH，并导致欧姆接触的形成。同时MoSSe层数和双轴应变的变化也会产生不同的界面偶极子，并影响FLP的强度。
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