Nature Nanotechnol：在石墨烯图案上生长高品质单晶级外延异质结

文章来源：纳米人

通过单晶材料的异质结构集成的方式，人们能够发展先进的器件和功能体系。虽然目前人们通过外延异质结的方式集成得到活性器件结构层的相关研究得到非常大的进展，但是由于晶格常数以及晶格极性不匹配导致难以得到高质量的材料。

层转移方式是一种具有可行性的方法，但是缺点是转移材料的选择比较有限，而且转移过程存在难度。有鉴于此，麻省理工学院Jeehwan Kim、伦斯勒理工学院Yunfeng Shi、俄亥俄州立大学Jinwoo Hwang、圣路易斯华盛顿大学Sang-Hoon Bae等报道发展了纳米图案化的石墨烯作为一种优异的异质结构集成平台，这种方法能够生成类型广泛的、缺陷浓度较低、各种极性（包括极性/非极性）、各种能带（窄/宽能带）的单晶薄膜。

本文要点：

1）由于石墨烯纳米图案的柔韧性和化学惰性优势，实现了一种独特的机理能够减少晶格/极性不匹配异质结材料的错配位错、穿线位错和反相界等缺陷结构。发展了一种综合性的力学理论，能够非常精确的引导形成穿越石墨烯层的裂缝结构，展示了在石墨烯纳米图案剥离外延生长层的普适方法。

2）由于石墨烯图案上生长的薄膜存在的界面干扰比较弱，因此剥离材料更加可行，理论上比较了三种剥离表面层的不同方式（spalling，exfoliation，delamination）并在实验中验证，为更好的控制剥离提供机会。作者发现在生长III-V型半导体异质结的时候反相边界结构消失，因此得以构建优异的III-V异质结光电器件。理论计算结果显示，在没有悬垂键的超薄石墨烯上合成晶格失配异质结的时候能够显著降低晶格位错结构，理论结果与实验结果相符。

3）这项研究展示了如何将性质不同的材料进行异质结构集成的方法，为异质结构的构建提供更丰富的材料选择空间，为设计异质材料体系提供更加广阔的空间和机会。

参考文献：

Kim, H., Lee, S., Shin, J. et al. Graphene nanopattern as a universal epitaxy platform for single-crystal membrane production and defect reduction. Nat. Nanotechnol. (2022)

DOI: 10.1038/s41565-022-01200-6