二維材料遠端外延制備方法綜述
遠端外延是近年來新興的一種用于生産單晶、獨立薄膜和結構的技術。該方法使用二維範德華材料作為半透明中間層，能夠在二維材料層界面上外延生長二維材料。相比于其他外延生長方法，遠端外延方法的主要優勢在于其外延層可以和襯底材料輕松剝離，免去了傳統剝離方法所帶來的了樣品品質損失和操作複雜性。盡管遠端外延的原理很簡單，但由于其對樣品制備和工藝方法的嚴格要求，通常很難實作。
鑒于此，近日來自西湖大學孔玮教授、南韓延世大學 Hyun S. Kum教授、美國聖路易斯華盛頓大學的Sang-Hoon Bae教授、弗吉尼亞大學Kyusang Lee教授、世宗大學Young Joon Hong教授、倫斯勒理工學院Jian Shi教授、MIT 的Jeehwan Kim教授共同上司的研究團隊在Nature Reviews Methods Primers上以Remote epitaxy為題發表綜述文章，文章從二維材料制備到外延工藝和層轉移方法等各個角度提供了二維材料遠端外延技術的方法指南，并針對各個二維材料系列提供了其遠端外延制備方法的關鍵考慮因素和表征技術。此外，文章還讨論了遠端外延及其應用的目前局限性、可能的解決方案和未來方向。
遠端外延的實驗實作已在許多材料系統中實作，包括複合氧化物、鹵化物鈣钛礦和金屬等等。此外，密度泛函理論和分子動力學模拟豐富了對遠端外延機制的理論了解。這些模拟解釋了為什麼遠端外延在某些條件下可以或不能工作。
文章指出，盡管遠端外延領域目前正在迅速發展，但仍有許多挑戰需要克服。作為未來的發展方向，為了實作更可靠和更可擴充的工藝，學術界仍然需要消除範德華材料的轉移過程所引入的缺陷。這是因為在轉移過程中不可避免地會形成殘留物和缺陷。
在這方面，使用直接生長的範德華材料在襯底上進行遠端外延是一種理想的方法，這已在石墨化SiC上和CVD生長的石墨烯塗層的Al2O3等特定的材料選擇上得到證明。對于許多其他襯底，襯底材料無法維持石墨烯的高生長溫度（通常高于900-1000℃）。是以，未來學術界仍然需要為這些材料開發低溫生長工藝。
文章指出，遠端外延将單晶薄膜和結構與晶片隔離開來，這在以前對許多材料來說都是不可能或不切實際的。盡管這項技術仍處于早期階段，需要克服實驗挑戰，但可以通過遠端外延制造獨立材料的材料庫正在迅速增長。目前，許多研究側重于材料研究而非器件應用，但很明顯，一旦遠端外延技術成熟，它将通過将外延層與主襯底解耦，并通過二維材料層轉移和堆疊建立異種材料的新耦合來實作新功能，而這将徹底改變傳感器融合、多功能人工智能、邊緣計算和生物電子學等領域。
參考文獻：
Kim, H., Chang, C.S., Lee, S.et al. Remote epitaxy. Nat Rev Methods Primers 2, 40 (2022). 網頁連結
