在国家自然科学基金项目（批准号：52225206、92163205、52188101）等资助下，北京科技大学张跃院士团队在二维半导体的原子层键合接触方面取得新进展。相关研究成果以“二维半导体的原子层键合接触（Atomic layer bonding contacts in two-dimensional semiconductors）”为题，于2025年11月21日在线发表在《科学》（Science）期刊。论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adz2405。
在集成电路领域，实现优异的金属与半导体接触性能是器件制造的重大挑战。在传统半导体器件制造中，可通过强键合的金属与半导体接触界面，构筑达到应用需求的低接触电阻、高热机械稳定性以及优异的界面热导率/电导率的晶体管器件。然而，对于表面无悬挂键的二维过渡金属硫族化合物材料，如何实现与金属电极材料的强键合接触是二维半导体材料构建先进制程集成电路的关键瓶颈。
张跃院士团队以推动二维半导体材料在集成电路工程化应用为导向，针对金属-二维半导体接触问题，创新性地提出了原子层键合（Atomic layer bonding，ALB）的原创学术思想。通过精准去除二维半导体材料二硫化钼表面的单层硫原子并直接沉积金属电极材料，构筑了稳定的过渡金属单原子层与金属电极单原子层间的接触界面，实现了电子结构和晶格结构的精准调控，成功构筑出兼具强能带耦合和高键合强度的原子层键合接触界面。由此，二维半导体器件获得了逼近理论接触极限、低至70 Ω μm的接触电阻和高达400℃的热机械稳定性，满足了国际半导体器件与系统技术路线图（IRDS）中高性能电子器件的应用要求。
该研究首次实现了二维半导体材料与金属电极的原子层键合，获得了高温工艺下的最低接触电阻和最优电学输运性能，有助于推动二维半导体器件从实验室向规模化制造发展。
图 原子层键合（ALB）接触晶体管结构与性能对比。（A）晶体管结构示意图；（B）晶体管短沟道器件形貌截面图；（C）晶体管器件接触电阻对比（红色为本工作）；（D）晶体管器件开态电流对比（红色和蓝色分别为本工作在300℃和400℃热处理后的性能）