层状二维（2D）过渡金属二硫化物（TMD）半导体由于其优异的光电特性和广泛应用前景，近年来备受关注。由于剥离的TMD薄片横向尺寸有限，厚度随机，不适合器件应用，因此，迫切需要制备高质量大面积的TMD层。然而，由于衬底表面存在的缺陷、杂质和表面光学声子引起的界面散射使TMD基器件的光电性能差强人意。因此，如何减少这些来自衬底的负面影响尤为重要。远程外延作为一种新型的外延技术，衬底的强势场可以穿透超薄的二维中间层，直接影响外层材料的生长，从而实现所谓的远程外延。由于二维材料表面没有悬挂键，可以有效避免界面散射。此外，二维中间层和外延层之间弱的范德华相互作用，允许将外延层剥离并转移到其他衬底上。石墨烯是目前远程外延中使用最多的二维中间层材料，然而单层石墨烯在850℃的生长温度下会被破坏。六方氮化硼（h-BN）作为石墨烯的等电子同构体，具有优异的化学稳定性和热稳定性，同样被认为是一种很有前途的远程外延中间层。更为重要的是，h-BN是唯一具有优异介电性能和突出稳定性的二维绝缘材料，使用h-BN更适合于作为电子器件应用的中间层。

鉴于此，在该工作中，中国科学院半导体所张兴旺课题组采用化学气相沉积（CVD）技术，在蓝宝石衬底表面引入单层h-BN，借助穿透h-BN层的蓝宝石衬底的晶格势场作用，实现了二维ZrS₂薄膜的远程外延，但随着h-BN层数的增加，ZrS₂层与衬底之间的外延关系逐渐消失。由于ZrS₂外延层受到较弱的界面散射和具有较高的晶体质量，基于远程外延的ZrS₂光电探测器表现出最好的性能，其开/关比超过2×10⁵，响应率高达379 mA W^-1。此外，同样在蓝宝石衬底上基于单层h-BN中间层实现了二维ZrSe₂薄膜的远程外延，表明了二维h-BN中间层对远程外延的广泛适用性。本工作为制备单晶过渡金属二硫族化合物及其与h-BN异质结提供了一种有效的方法，在开发大面积二维电子器件方面具有很大的潜力。我们采用化学气相沉积技术。

张兴旺，中国科学院半导体研究所研究员，博士生导师，中国科学院大学岗位教授，国家高层次人才特殊支持计划。于1994年和1999年分别获得兰州大学学士学位和博士学位。1999年至2001年在香港中文大学做博士后，2001至2004年任德国乌尔姆大学固体物理系博士后及洪堡学者，2004年通过中科院高层次人才计划加入中国科学院半导体研究所。已主持承担国家重点研发计划、自然科学基金等项目30余项，在Nature Mater.、Nature Energy、Nat. Commun.、Adv. Mater.等学术期刊发表SCI论文200篇，论文被他引13000余次，获授权发明专利26项。目前主要研究方向为超宽带隙半导体、二维材料、光伏材料及器件。

Huang J, Chen J, Meng J, et al. Remote heteroepitaxy of transition metal dichalcogenides through monolayer hexagonal boron nitride. Nano Research, 2023, https://doi.org/10.1007/s12274-023-6171-3.