《Science》：新型半金属薄膜的导电性比铜更好

发布日期：2025-02-10 浏览次数：2794

随着当今电子设备和芯片变得越来越小、越来越复杂，用于芯片内传输电信号的超薄金属导线在缩小尺寸时可能会成为瓶颈。解决方案是制造具有更低电阻率的超薄导体。传统金属在制成薄膜时电阻率会增加。拓扑半金属在边缘态导电，而其内部保持绝缘，在结构有些无序的情况下，也可以在其表面传导大量电流。即使薄膜被变薄，仍能保持表面导电特性。

近日，斯坦福大学Eric Pop教授课题组和韩国Ajou大学的Il-Kwon Oh教授发现了一种新型的非晶态NbP 半金属薄膜，其电阻率随着薄膜厚度的减小而显著降低，这一现象与传统金属的电阻率随厚度减小而增加的趋势截然相反，这一发现为解决纳米电子学中超薄导线电阻过高这一长期存在的瓶颈问题提供了全新的解决方案。相关研究成果以“Surface conduction and reduced electrical resistivity in ultrathin noncrystalline NbP semimetal”为题在Science上发表。

研究人员通过在400°C的低温下采用磁控溅射技术制备了NbP薄膜，并利用高角环形暗场扫描透射电子显微镜（HAADF-STEM）等先进手段对其微观结构进行了表征。他们发现，当NbP薄膜厚度小于5纳米时，其室温电阻率仅为约34微欧姆·厘米，比相同厚度的传统金属（如铜）低约6倍，且远低于其自身厚膜的电阻率（约60-70微欧姆·厘米）。通过温度依赖的输运测量和霍尔效应实验，研究团队证实了这种电阻率降低现象主要源于薄膜表面的高载流子密度和良好迁移率所主导的表面传导机制。这一成果不仅为超薄低电阻率导线的制备提供了新的材料选择，还为未来纳米电子学的发展提供了重要的理论支持。

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