二维半导体材料在后摩尔时代集成电路发展中具有重要战略意义，但其器件性能长期受制于金属-半导体接触界面的肖特基势垒与费米能级钉扎效应。针对这一根本性难题，松山湖材料实验室林生晃研究员，松山湖材料实验室/中国科学院物理研究所张广宇研究员，松山湖材料实验室崔楠副研究员，与武汉理工大学章嵩教授组成的联合团队，创新性地开发了一种可印刷超薄氧化镓（GaOx）隧穿接触技术，系统揭示了氧空位调控下的复合隧穿输运机制，并在多层二硫化钨（WS₂）场效应晶体管中同时实现了高载流子迁移率、低接触电阻与低势垒高度的优异性能。该研究为隧穿接触从"被动绝缘层"向"功能化注入界面"的转变提供了全新的物理图景和工艺范式，相关成果发表于《极端制造（英文）》（International Journal of Extreme Manufacturing）期刊上，松山湖材料实验室为共同通讯单位。

本研究的核心创新在于提出并验证了一种基于可印刷超薄GaOx隧穿层的二维晶体管接触工程新策略。研究团队利用液态镓自限氧化特性，制备出厚度仅约3.6 nm的超薄GaOx薄膜，并首次将其作为主动隧穿接触层功能化应用于二维半导体器件。与传统hBN等绝缘隧穿介质不同，该GaOx薄膜中可控引入的氧空位缺陷态显著缩窄了有效隧穿势垒宽度，从而在金属与WS₂沟道之间构建了低势垒、高隧穿概率的载流子注入通道。

研究表明，GaOx隧穿接触的载流子输运并非依赖单一隧穿机制，而是在电场与温度协同作用下，激活了由氧空位调控的复合隧穿传输机制，涵盖缺陷辅助隧穿、直接隧穿及Fowler-Nordheim隧穿的协同贡献。这种独特的混合隧穿行为使器件同时实现了超低接触电阻（2.38 kΩ·μm）、极低接触势垒（3.7 meV）以及创纪录的多层WS₂电子迁移率（296 cm²·V⁻¹·s⁻¹）。

此外，该GaOx隧穿层采用液态金属低温印刷工艺制备，与二维材料形成范德华集成界面，有效规避了费米能级钉扎问题，并展现出优异的大面积均匀性与器件稳定性。该工作不仅阐明了超薄GaOx中氧空位在隧穿调控中的关键物理作用，也为低维电子器件中可规模化、低热预算的高性能接触工程提供了一条全新的实现路径。

撰稿：新型光电功能材料与器件团队