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本文由Xuejing Wang、Joonghoon Choi、Jinkyoung Yoo和Young Joon Hong共同撰写，分别来自美国洛斯阿拉莫斯国家实验室（Los Alamos National Laboratory）和韩国世宗大学（Sejong University）。该论文于2023年发表在期刊《Nano Convergence》上，题为“Unveiling the Mechanism of Remote Epitaxy of Crystalline Semiconductors on 2D Materials-Coated Substrates”。论文主要探讨了远程外延（remote epitaxy）的机制及其在先进制造和异质集成中的应用。
远程外延是一种新兴的外延技术，通过在二维（2D）材料覆盖的衬底上生长三维（3D）晶体半导体，为异质集成和柔性电子器件提供了新的可能性。传统的外延技术受限于材料兼容性和晶格匹配，而远程外延通过利用2D材料的弱范德华（van der Waals, vdW）作用力，实现了跨材料的晶体生长。这一技术的核心机制是“晶格透明性”（lattice transparency），即2D材料允许衬底的晶格信息“穿透”并引导外延层的生长。然而，近期的一些研究对这一概念提出了挑战，表明远程外延的机制可能更为复杂。
论文详细讨论了远程外延的机制，并将其与其他外延技术（如传统外延、纳米外延和范德华外延）进行了比较。传统外延依赖于衬底与外延层之间的共价键或离子键，而远程外延则通过2D材料的范德华间隙实现远程相互作用。远程外延的关键在于2D材料的厚度和衬底的极性。研究表明，当2D材料足够薄时，衬底的极性场可以穿透2D层，从而引导外延层的晶体取向。这一机制在GaAs、GaN等材料的远程外延中得到了验证。
2D材料（如石墨烯、六方氮化硼等）在远程外延中扮演了重要角色。由于2D材料表面没有悬挂键，外延层的成核和生长主要依赖于范德华力。论文指出，2D材料的“晶格透明性”是远程外延的核心机制，但其具体实现还受到材料极性、厚度和表面处理的影响。例如，石墨烯的厚度控制对于实现高质量的远程外延至关重要，过厚的石墨烯会屏蔽衬底的极性场，导致外延层质量下降。
远程外延在异质集成和柔性电子器件中具有广阔的应用前景。通过远程外延技术，可以制备高质量的半导体薄膜，并将其从衬底上剥离，用于堆叠式异质结构或柔性器件。论文列举了多个成功案例，例如在石墨烯覆盖的GaAs衬底上远程外延生长GaAs薄膜，并将其用于高性能发光二极管（LED）的制备。此外，远程外延还为解决传统外延技术中的晶格失配和应变控制问题提供了新的思路。
尽管远程外延展示了巨大的潜力，但其机制仍存在许多未解之谜。例如，如何精确控制2D材料的厚度和表面状态以实现高质量的远程外延，以及如何扩展这一技术到更多的材料体系，都是当前研究的重点。此外，远程外延的实际应用还面临规模化生产和器件性能优化的挑战。论文建议未来的研究应重点关注以下几个方面：（1）探索远程外延的材料边界，扩展其适用范围；（2）开发原位表征技术，以实时观测远程外延过程中的原子排列；（3）通过多尺度建模深入理解远程外延的机制。
本文系统地总结了远程外延的研究进展，不仅为理解这一新兴技术提供了理论框架，还为其实验验证和应用开发提供了指导。远程外延的成功实现将推动半导体制造技术的革新，特别是在异质集成和柔性电子领域。此外，论文提出的研究方向和挑战为未来的科学研究指明了道路，具有重要的学术价值和实际应用意义。
本文的亮点在于其全面性和前瞻性。作者不仅总结了远程外延的现有研究成果，还深入探讨了其机制和应用中的关键问题。论文的创新之处在于提出了“晶格透明性”作为远程外延的核心机制，并通过实验和理论计算验证了这一假设。此外，论文还首次将远程外延与其他外延技术进行了系统比较，为这一领域的研究提供了新的视角。
本文是一篇关于远程外延机制的综述论文，不仅总结了当前的研究进展，还为未来的研究提供了重要的指导。通过深入探讨2D材料在远程外延中的作用及其应用前景，本文为半导体制造和异质集成领域的研究者提供了宝贵的参考。