二维半导体材料是近年来光电器件领域的重要研究方向，因其原子级均匀的厚度和强烈的光–物质相互作用，成为光电二极管等器件的理想吸收材料。然而，基于二维半导体的光电二极管光伏效率普遍较低，主要受到金属–半导体接触处强费米能级钉扎问题的限制。费米能级钉扎会导致接触处形成较大的肖特基势垒，严重影响电荷的有效收集，进而限制光电器件的性能。
为了解决这一问题，金属–绝缘层–半导体（MIS）接触被提出作为一种潜在的解决方案，理论上可以通过绝缘层解耦金属和半导体之间的相互作用，从而减少费米能级钉扎，优化电荷收集效率。然而，MIS接触存在一个挑战，即绝缘层厚度对隧穿效应的极度敏感性，甚至微小的厚度增加也会导致较高的串联电阻，严重制约了器件的动态响应范围和光电性能。
为了解决这一挑战，韩国科学技术院Jisu Jang, Jung Pyo Hong, Sang-Jun Kim，Min-Chul Park & Do Kyung Hwang等在Nature Electronics期刊上发表了题为“Conductive-bridge interlayer contacts for two-dimensional optoelectronic devices”的最新论文。科学家们提出了一种新型的导电桥接层接触（CBIC）方法。该方法通过在氧化物绝缘层中嵌入金纳米簇，创建导电路径，既有效地去除了费米能级钉扎，又减少了由绝缘层引起的串联电阻。
通过这种方式，研究人员成功制备了二硫化钨（WS2）光电二极管，并实现了0.29 A W⁻¹的光响应度、122 dB的线性动态范围和9.9%的光电转化效率。这一方法不仅为提高二维光电器件的光伏性能提供了新的解决思路，还为光生载流子动态的探测和二维光电成像技术的发展奠定了基础。
1. 实验首次提出并实现了导电桥接层接触（CBIC）技术，通过将金纳米簇嵌入氧化物绝缘层中，形成导电路径，有效地解耦金属和半导体之间的相互作用，从而实现费米能级去钉扎和低电阻接触。
2. 实验通过采用CBIC接触，成功制造了二硫化钨（WS2）光电二极管。该光电二极管展示了0.29 A W⁻¹的光响应度，具有122 dB的线性动态范围和9.9%的光电转化效率，表明该方法显著提高了二维光电二极管的性能。
3. 该技术为探测光生载流子动态提供了一个有效平台。通过研究发现，接触复合现象对光伏性能有显著影响，进一步揭示了优化接触对提升光伏器件性能的重要性。
图1:导电桥接中介层接触Conductive-bridge interlayer contacts，CBIC概念
本文采用导电桥接层（CBIC）技术有效地解决了二维半导体光电二极管中金属–半导体接触处费米能级钉扎和高电阻的问题，从而大幅提升了光伏性能。通过在氧化物绝缘层中嵌入金纳米簇，形成导电路径，不仅实现了低电阻的接触，还避免了传统接触结构中存在的串联电阻和性能衰减问题。这一方法展示了通过材料设计和接触优化，能够有效调控光电器件的工作效率，尤其是在二维材料和纳米尺度光电器件中，具有重要的应用前景。
此外，本文还揭示了接触处肖特基势垒对光伏性能的决定性作用，提供了一种新的思路来研究光生载流子的动态过程。这为未来在不同材料和金属系统中实现更高效的光电转换提供了理论指导。最后，利用这种技术，作者成功地展示了全色二维和三维成像的可能性，为未来光电传感器和成像技术的发展开辟了新的方向。
Jang, J., Hong, J.P., Kim, SJ. et al. Conductive-bridge interlayer contacts for two-dimensional optoelectronic devices. Nat Electron (2025). https://doi.org/10.1038/s41928-025-01339-9
