氧卤化镧单层：二维半导体的优异介电伴侣

二维（2D）层状介电材料为设计下一代极致紧凑纳米电子器件提供了一条引人注目的途径。受近期高通量计算预测 LaO$X$（$X$ = Br, Cl）为一种优异的二维介电材料、即使在单层极限下也显著优于 HfO$_2$ 的启发，我们利用第一性原理密度泛函理论模拟研究了 LaO$X$ 与典型二维半导体单层过渡金属硫族化物（TMDCs）$M$S$_2$（$M$ = Mo, W）之间的界面性质。我们表明 LaO$X$ 单层通过范德瓦耳斯力与所述 $M$S$_2$ 弱相互作用，杂化与界面电荷转移可忽略，从而在接触形成时便利地保留了二维 TMDCs 的电子性质。界面的导带与价带偏移具有 0.7 至 1.4 eV 的可观数值，表明 LaO$X$ 作为栅介电材料的能力。基于 Murphy-Good 电子发射模型，我们证明 LaOCl/MoS$_2$ 是一种兼容 NMOS 与 PMOS 应用且泄漏电流低于 $10^{-7}$ Acm$^{-2}$ 的通用介电/半导体组合，而 LaO$X$/WS$_2$ 通常兼容 PMOS 应用。范德瓦耳斯间隙处界面隧穿势垒的存在进一步提供了抑制泄漏电流的附加机制。我们的发现揭示了 LaO$X$ 作为二维 TMDC 优异介电伴侣的作用，并应为在高性能二维纳米器件设计中利用 LaO$X$ 的介电强度提供有益见解。