二维材料远程外延制备方法综述
远程外延是近年来新兴的一种用于生产单晶、独立薄膜和结构的技术。该方法使用二维范德华材料作为半透明中间层，能够在二维材料层界面上外延生长二维材料。相比于其他外延生长方法，远程外延方法的主要优势在于其外延层可以和衬底材料轻松剥离，免去了传统剥离方法所带来的了样品质量损失和操作复杂性。尽管远程外延的原理很简单，但由于其对样品制备和工艺方法的严格要求，通常很难实现。
鉴于此，近日来自西湖大学孔玮教授、韩国延世大学 Hyun S. Kum教授、美国圣路易斯华盛顿大学的Sang-Hoon Bae教授、弗吉尼亚大学Kyusang Lee教授、世宗大学Young Joon Hong教授、伦斯勒理工学院Jian Shi教授、MIT 的Jeehwan Kim教授共同领导的研究团队在Nature Reviews Methods Primers上以Remote epitaxy为题发表综述文章，文章从二维材料制备到外延工艺和层转移方法等各个角度提供了二维材料远程外延技术的方法指南，并针对各个二维材料系列提供了其远程外延制备方法的关键考虑因素和表征技术。此外，文章还讨论了远程外延及其应用的当前局限性、可能的解决方案和未来方向。
远程外延的实验实现已在许多材料系统中实现，包括复合氧化物、卤化物钙钛矿和金属等等。此外，密度泛函理论和分子动力学模拟丰富了对远程外延机制的理论理解。这些模拟解释了为什么远程外延在某些条件下可以或不能工作。
文章指出，尽管远程外延领域目前正在迅速发展，但仍有许多挑战需要克服。作为未来的发展方向，为了实现更可靠和更可扩展的工艺，学术界仍然需要消除范德华材料的转移过程所引入的缺陷。这是因为在转移过程中不可避免地会形成残留物和缺陷。
在这方面，使用直接生长的范德华材料在衬底上进行远程外延是一种理想的方法，这已在石墨化SiC上和CVD生长的石墨烯涂层的Al2O3等特定的材料选择上得到证明。对于许多其他衬底，衬底材料无法维持石墨烯的高生长温度（通常高于900-1000℃）。因此，未来学术界仍然需要为这些材料开发低温生长工艺。
文章指出，远程外延将单晶薄膜和结构与晶片隔离开来，这在以前对许多材料来说都是不可能或不切实际的。尽管这项技术仍处于早期阶段，需要克服实验挑战，但可以通过远程外延制造独立材料的材料库正在迅速增长。目前，许多研究侧重于材料研究而非器件应用，但很明显，一旦远程外延技术成熟，它将通过将外延层与主衬底解耦，并通过二维材料层转移和堆叠建立异种材料的新耦合来实现新功能，而这将彻底改变传感器融合、多功能人工智能、边缘计算和生物电子学等领域。
参考文献：
Kim, H., Chang, C.S., Lee, S.et al. Remote epitaxy. Nat Rev Methods Primers 2, 40 (2022). 网页链接
