氢键耦合的内禀偶极子驱动Janus WGeSiN4/MXene界面中的隧穿势垒调制

瑞雄|王新怡|李家祥|舒宇|陈立斌|文翠莲|萨白生

摘要

二维（2D）材料已成为高性能电子和光电子器件的有前景的构建模块。然而，传统的2D金属-半导体接触通常受到较弱的范德华（vdW）相互作用的影响，这会引入额外的隧穿屏障并导致较高的接触电阻。在这里，我们利用密度泛函理论和非平衡格林函数模拟，提出了一种以强氢键为主导的WGeSiN₄/OH-MXene界面，该界面具有欧姆接触特性，并且隧穿屏障和隧穿电阻显著降低。界面氢键与WGeSiN₄层固有偶极子之间的协同作用调节了界面偶极耦合，使得大多数WGSN/OH-MXene异质结的隧穿概率高于其对应的WSGN/OH-MXene结构。此外，机器学习辅助分析表明，MXene的功函数、平均共价半径以及填充的p价轨道数量是控制n型和p型肖特基屏障的关键参数，有效地揭示了电极-界面性质背后的内在关系。这些发现表明，结合Janus极性的氢键辅助接触工程是一种有效的策略，可用于实现下一代2D电子器件中的低电阻和可调极性的金属-半导体接触。