远程外延（RE），衬底极性可以“穿透”二维材料（2DMs）并作用于外延层，显示出一种具有前瞻性的普遍增长策略。然而，从本质上讲，到目前为止，2DM在RE中的作用尚未得到深入研究。在这里，实现了单晶薄膜在最弱的极性/偶像性衬底上的RE，以揭示其本质物理性质。石墨烯促进从基板到外延层的衰减电荷转移（ACT），以构建远程相互作用。界面原子通过石墨烯组装成“不相称”的外延关系，以减少外延层中的失配位错。此外，石墨烯降低了原子迁移屏障，导致“逐层”生长模式的趋势。这种薄膜生长模式不同于传统的外延（CE），有利于外延层的快速生长和聚结边界位错的减少。石墨烯作用的深刻揭示揭示了RE的界面物理特性，并为使用2DM扩展三维材料（3DM）以应用于器件提供了更有价值的指导。
图1.外延结构的方向和极性。（a） AlN/SLG/SiC的高分辨率X射线衍射仪（HRXRD）（102）φ扫描，显示AlN和SiC之间的外延取向关系。（b） AlN/SLG/SiC的横截面扫描透射电子显微镜（STEM）图像。橙色框架中的插图是来自 （b） 上部的 HR 高角度环形暗场 （HAADF）-STEM 图像，与 Al 极性 AlN 模型叠加，红色和蓝色球体分别表示 Al 和 N 原子，尺度为 1 nm。黑色虚线框中的插图分别是AlN和AlN/SiC界面的选定面积电子衍射（SAED）图，红色和黄色箭头分别对应于AlN和SiC。（c） 界面的HR HAADF-STEM图像与Al，N，C和Si原子的能量色散光谱（EDS）信号叠加。（d） 沿（c）中的垂直白色虚线对Al、N、C和Si的特征X射线信号进行综合线扫描。（e和f）AlN/SLG/SiC 界面 （e） 及其逆快速傅里叶变换 （FFT） 晶格条纹 （f） 处的 HR HAADF-STEM 图像。（e） 中黄色框中的插图是 FFT 图案。
图2.AlN/SLG/SiC的界面原子结构和DFT计算.（a） AlN/SLG/SiC界面的HR HAADF-STEM图像。（b） （a）中绿框的放大图像。（c） 通过HR HAADF-STEM分析测量的AlN和SLG异质界面间隙的直方图。（d） 结合能曲线绘制为AlN/SiC（黑线）、AlN/SLG/SiC（红线）和AlN/MLG（蓝线）异界面间隙的函数。（e）不同石墨烯层覆盖的SiC衬底上的结合能比较。
图3.AlN/SLG/SiC的界面电子性能.（a） SLG/SiC、N/SLG/Sic、n/blg/SiC 和 N/石墨烯系统的 Bader 电荷转移分析。插图显示了每个系统的原子结构示意图。（b） AlN/SLG/SiC、AlN/BLG/SiC 和 AlN/石墨烯系统的 Bader 电荷转移分析。（c） 面内取向的AlN/SLG/SiC的横截面原子结构和电荷密度差（CDD）[11-20]氮化 铝||[1–100]SLG||[11–20]原文如此.CDD在±0.003 e/Å3的等值面水平下描述。
图4。AlN薄膜生长模式分析。（a–c）AlN/SLG/SiC界面图像（c）的横截面TEM图像（a）、HAADF-STEM图像（b）和平面图BF-STEM。（d–f）AlN/SiC界面图像（f）的横截面TEM图像（d）、HAADF-STEM图像（e）和平面图BF-STEM。（f）中的实心白框中的插图是放大图像。（g） 计算的迁移障碍。黑色、红色和蓝色虚线框中的插图分别是SiC、SLG/SiC和SLG上Al原子迁移的示意图。（h和i）AlN/MLG/SiC的界面图像（i）的横截面TEM图像（h）和平面图BF-STEM。（b和e）中的实心箭头和（c和f）中的红色圆圈表示空隙的位置。（c、f和i）中的插图是对应的SAED图案。
图5。RE-AlN薄膜中的位错观察。（a–c）g=0002（a）和g=11–20（b）AlN/SiC的截面BF-STEM图像和平面图BF TEM图像（c）。“m”表示混合型位错。（d） AlN/SLG/SiC界面的横截面HAADF-STEM图像。（d）的橙色框中的HR HAADF-STEM和HR DF2-STEM图像显示，石墨烯中的缺陷可导致RE-AlN膜中的位错。
相关研究成果由中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所Yu Xu、Ke Xu和苏州大学Bing Cao等人2023年发表在ACS Nano (https://doi.org/10.1021/acsnano.3c00026)上。原文：Modulation of Remote Epitaxial Heterointerface by Graphene-Assisted Attenuative Charge Transfer。
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