本工作采用理论模拟与实验相结合的方式，理论部分采用半导体计算机辅助设计建模，实验部分包括微纳加工和电学测量。

首次提出了二维材料器件电学接触中寄生金属-绝缘体-半导体结构产生的场效应，尤其对于原子层厚度的导电通道，接触处寄生场效应使得源端和漏断分别产生载流子的耗尽（甚至反型）和累积，源端耗尽的产生使得沟道电阻急剧增加，电压降重新分布而产生明显的电流饱和；通过精巧的实验设计，以非对称电极的结构控制电流饱和的产生，从实验上证明了电学接触寄生场效应的机制，进而提出电极形貌对器件性能的影响，尤其对于短沟二维材料场效应晶体管而言，接触电极的形貌对器件性能有至关重要的影响，包括开态电流、开关比、亚阈值摆幅和漏致势垒降低；电学接触寄生场效应导致的非线性电流饱和还可用于在神经网络电路中，以非线性提高神经网络电路的拟合能力，能够更好地还原钟南山和腾讯AI实验室发展的COVID-19重症预测模型。

图1：（a）电学接触寄生MIS结构和场效应示意图。(b) 电子浓度和(c) 电压降分布 。(d) 等效电路图。(e) 等效电路图的IV曲线。(f) TCAD模拟的输出曲线，可看到明显的电路饱和。在不考虑电学接触寄生MIS结构和场效应时。(g) 电子浓度示意图 (h) 电压降分布图和 (i) 输出曲线，未见电流饱和。

图2：（a）底栅MoS₂场效应晶体管的转移曲线， （b）底栅MoS₂场效应晶体管的输出曲线，注意此处的饱和并非由于pintch-off效应所引起的，此时V_g>>V_T ，（c）非对称电极MoS₂场效应晶体管SEM图片，使得源漏两端的接触电阻有明显的差异。（d）非对称电极MoS₂场效应晶体管转移曲线。（e）非对称电极MoS₂场效应晶体管输出曲线，外部电极作为源，内部电极作为漏 （f）非对称电极MoS₂场效应晶体管输出曲线，外部电极作为漏，内部电极作为源。

图3：石墨烯晶体管电学接触的寄生场效应的影响示意图。与MoS₂器件不同，石墨烯在源端受场效应影响耗尽后会发生反型，表现为实验中观察到以内部电极作为源极时，器件微分电导先下降，后上升，导致电流整体小于以外部电极作为源极时的电流。

图4：电极形貌对于器件性能的影响。（a）使用锂化延申源漏电极，使其远离金属侧壁，抑制电学接触的场效应。（b）（a）器件的转移曲线。（c）（a）器件的输出曲线，未观察到明显的电流饱和。（d）短沟道的器件模型 （e）普通电学接触和延申结构电学接触短沟器件的转移曲线 （f）不同结构电学接触短沟器件的性能对比，可以看到，改进电极形貌可以有效提升短沟FET的器件性能。

图5：电学接触引起的电流饱和类似于非线性tanh函数，可用于在电路中的非线性单元，在必要时为电路引入非线性。（a）三层神经网络示意图，中间层神经元以tanh或sigmoid函数引入非线性 （b）三层神经网络电路示意图。（c）钟南山与腾讯AI实验室的COVID-19重症预测示意图。（d）采用和不采用非线性时损失函数随训练次数的变化。（e）不采用非线性单元时的拟合结果。（f）采用非线性单元时的拟合结果。

郭耀，北京理工大学；柴扬，香港理工大学。

Yao Guo^*, Yan Sun, Alvin Tang, Ching-Hua Wang, Yanqing Zhao, Mengmeng Bai, Shuting Xu, Zheqi Xu, Tao Tang, Sheng Wang, Chenguang Qiu, Kang Xu, Xubiao Peng, Junfeng Han, Eric Pop & Yang Chai^*. Field-effect at electrical contacts to two-dimensional materials. Nano Research 

https://doi.org/10.1007/s12274-021-3670-y.