半导体膜制备新玩法：石墨烯成“复印机”？

近日，Nature 杂志以封面文章的形式，报道了美国麻省理工学院（MIT）Jeehwan Kim教授等人发明的一种全新技术，有希望大幅降低高质量半导体薄膜生产的成本。他们在GaAs(001)衬底上转移一层石墨烯，然后通过常规的外延法，在石墨烯层上方生长一层与衬底晶格结构完全一致的GaAs(001)层。而且，得到的外延层可以很容易地从石墨烯层上剥离并用于发光器件中，而单层石墨烯覆盖的GaAs衬底可以重复使用。这一方法，研究人员称之为“远程外延”（remote epitaxy），对InP和GaP等半导体材料同样适用。简单来说，就好像是“复印机”一样，利用单层石墨烯覆盖的衬底，反复制备单晶半导体薄膜，从而大大降低生产成本。

“业界一直使用单晶硅片，尽管有更多的性能更好的半导体材料问世，比如InP、GaAs和GaP等，但与硅材料相比成本高昂，注定无法大规模商业化”，Jeehwan Kim表示，“这项技术的诞生，使得我们可以根据性能来选择半导体材料，无需再受成本的制约。”

为了证明实用前景，研究者演示了在单层石墨烯覆盖的GaAs(001)衬底上生长的发光二极管（LEDs）及其剥离后的发光情况。结果表明，晶体生长良好，在石墨烯表面通过外延生长制备的晶体和直接在GaAs基底上制备几乎没有任何区别。而且，这种器件厚度很小，可以弯曲，完全适用于柔性电子器件。

不过，这种技术的商业化之路上也存在不少障碍。首先，尽管目前能实现小面积的高质量半导体薄膜制备，较大面积的高质量半导体薄膜生长仍然是个挑战；其次，石墨烯夹层如果有任何结构缺陷，基底和外延层在剥离时都会遭到破坏；还有，目前的单层石墨烯需要先制备好，然后再转移到基底上，而最理想的方法是在基底上直接形成单层石墨烯，这样有利于简化方法并提高外延层的面积和质量。