石墨烯結構及其制造方法、石墨烯器件及其制造方法技術

本發明專利技術提供石墨烯結構及其制造方法、石墨烯器件及其制造方法。該石墨烯結構包括：基板；生長層，形成在基板上并具有暴露的側表面；以及石墨烯層，從生長層的側表面生長。

【技術實現步驟摘要】

本公開涉及石墨烯,更具體地，涉及石墨烯結構和制造石墨烯結構的方法以及石墨烯器件和制造石墨烯器件的方法。
技術介紹
碳納米管(CNT)自上世紀九十年代起 已經流行，近來正在對石墨烯積極開展研究，石墨烯可用于各種領域，包括納米電子、光電子和化學傳感器。石墨烯是具有數nm的厚度且其中碳原子二維排列的薄膜材料并具有非常高的電導率。除了與硅相比更高電荷遷移率的電特性之外，石墨烯是化學穩定的并具有大的表面積。同時，為了使用石墨烯來形成晶體管的溝道，石墨烯的帶隙需要具有半導體特性，因此石墨烯需要具有約數nm的非常小的寬度。然而，如果石墨烯通過使用圖案化或蝕刻方法形成為具有小的寬度，則石墨烯可能不易以期望形狀形成在大面積上。此外，當諸如晶體管的石墨烯器件通過使用具有小寬度的石墨烯制造時，石墨烯可能不易接合到電極。
技術實現思路
本專利技術提供石墨烯結構和制造該石墨烯結構的方法以及石墨烯器件和制造該石墨烯器件的方法。額外方面將在以下的描述中部分闡述，并將部分地從該描述變得顯然，或者可以通過實踐給出的實施例而習知。根據本專利技術的一方面，一種石墨烯結構包括基板；生長層，形成在基板上并具有暴露的側表面；以及石墨烯層，從生長層的側表面生長。生長層可以包括金屬或鍺(Ge)。石墨烯結構還可以包括形成得覆蓋生長層的上表面的保護層。石墨烯層可具有數nm的寬度。石墨烯結構還可以包括至少一個生長層和至少一個保護層，交替堆疊在保護層上且具有暴露的側表面的；以及至少一個石墨烯層，從至少一個生長層的側表面生長。根據本專利技術的另一方面，一種制造石墨烯結構的方法包括在基板上交替形成至少一個生長層和至少一個保護層；形成具有預定形狀的凹槽以暴露至少一個保護層和至少一個生長層的側表面以及基板的上表面；以及從至少一個生長層的被凹槽暴露的側表面生長至少一個石墨烯層。該至少一個石墨烯層可以通過使用化學氣相沉積(CVD)法從至少一個生長層的暴露側表面生長。根據本專利技術的另一方面，一種石墨烯器件包括至少一個溝道，包括第一石墨烯層；以及第一和第二電極，連接到該至少一個溝道的兩端并包括第二石墨烯層。第一和第二電極可以與至少一個溝道一體地形成。這里，第一石墨烯層可以垂直于第二石墨烯層形成并可以電連接到第二石墨烯層。多個溝道可以形成在第一和第二電極之間，并可以沿水平方向和垂直方向中的至少一個對準。根據本專利技術的另一方面，一種制造石墨烯器件的方法包括在基板上依次形成生長層和保護層；形成至少一個第一凹槽以及第二和第三凹槽，該至少一個第一凹槽用于暴露生長層和保護層兩者的側表面以及基板的上表面，該第二和第三凹槽用于暴露保護層的側表面和生長層的上表面；通過從生長層的被至少一個第一凹槽暴露的側表面生長至少一個第一石墨烯層，形成至少一個溝道；以及通過從生長層的被第二和第三凹槽暴露的上表面生長第二石墨烯層，形成第一和第二電極。第二和第三凹槽可以連接到至少一個第一凹槽的兩端。第一和第二電極可以與至少一個溝道一體形成。第一和第二石墨烯層可以使用化學氣相沉積(CVD)法從生長層的暴露側表面和上表面生長。 附圖說明這些和/或其他方面將從以下結合附圖對實施例的描述而變得明顯且更易于理解，附圖中圖I、圖2A和2B以及圖3A至3C是用于描述根據本專利技術一實施例的制造石墨烯結構的方法的圖；圖4是根據本專利技術另一實施例的石墨烯結構的剖視圖；圖5、圖6A至6D以及圖7A至7D是用于描述根據本專利技術一實施例的制造石墨烯器件的方法的圖；以及圖8是根據本專利技術另一實施例的石墨烯器件的平面圖。具體實施例方式現在將詳細參照實施例，實施例的示例示于附圖中，附圖中相似的附圖標記始終指示相似的元件。在這點上，當前的實施例可以具有不同的形式而不應解釋為局限于這里給出的描述。因而，下面參照附圖描述實施例僅用于解釋本專利技術的各方面。圖I、圖2A和2B以及圖3A至3C是用于描述根據本專利技術一實施例的制造石墨烯結構的方法的圖。圖I是剖視圖，示出生長層120和保護層130依次形成在基板110上。參照圖1，一開始，生長層120形成在基板110上。基板110可以是例如硅基板，也可以由各種材料形成。生長層120可以通過以薄膜形式在基板110上沉積預定材料而形成。生長層120是石墨烯層140(見圖3A)從其生長的層，并可以由例如金屬或鍺(Ge)形成。這里，金屬可以包括但不限于過渡金屬諸如鎳(Ni)、鉬(Pt)、釕(Ru)、鈷(Co)、銥(Ir)和銅(Cu)。并且，如果生長層120由Ge形成，則石墨烯層140可以以未污染狀態生長均勻的厚度。生長層120可以具有例如約數nm的厚度。如后面將描述的那樣，生長層120的厚度決定石墨烯層140的寬度W。然后，保護層130形成在生長層120的上表面上。保護層130可以通過在生長層120的上表面上沉積例如硅氧化物而形成。同時，保護層130也可以由硅氧化物之外的材料形成。圖2A是透視圖，示出凹槽150形成在保護層130和生長層120中。圖2B是沿圖2A的線IIB-IIB’截取的剖視圖。參照圖2A和2B，通過依次蝕刻保護層130和生長層120以預定形狀形成凹槽150。凹槽150暴露保護層130和生長層120兩者的側表面以及基板110的上表面。凹槽150可以通過使用蝕刻掩模(未示出)蝕刻保護層130和生長層120直到基板110的上表面被暴露而形成。圖3A是透視圖，示出石墨烯層140從生長層120的側表面生長。圖3B是沿圖3A的線IIIB-IIIB’截取的剖視圖。圖3C是圖3A的平面圖。參照圖3A至3C，石墨烯層140從生長層120的暴露側表面生長。也就是說，由于生長層120的側表面被凹槽150暴露，所以石墨烯層140僅從生長層120的暴露側表面生長。石墨烯層140可以通過使用例如化學氣相沉積(CVD)法生長。由于石墨烯層140從生長層120的側表面生長，所以石墨烯層140的寬度W與生長層120的厚度相同。這樣，石墨 烯層140可以具有例如約數nm的寬度。如果生長層120的厚度被調節，則可以獲得具有期望寬度的石墨烯層140。如上所述，如果生長層120的側表面被凹槽150暴露并且石墨烯層140從生長層120的暴露側表面生長，則具有非常小的寬度的石墨烯層140可以形成在大面積上。同時，盡管在以上描述中生長層120的兩個側表面被暴露且石墨烯層140從兩個暴露的側表面生長，但是當前實施例不限于此，生長層120的一個側表面或者三個或更多側表面可以通過改變凹槽150的形狀而被暴露。石墨烯器件可以通過將電極(未示出)接合到圖3A至3C所示的石墨烯結構來制造。備選地，石墨烯器件可以通過將電極僅接合到從圖3A至3C所示的石墨烯結構分離的石墨烯層140來制造。圖4是根據本專利技術另一實施例的石墨烯結構的剖視圖。參照圖4，第一生長層221、第一保護層231、第二生長層222和第二保護層232依次形成在基板210上。凹槽250形成在第一生長層221、第一保護層231、第二生長層222和第二保護層232中以暴露基板210的上表面。這樣,第一生長層221、第一保護層231、第二生長層222和第二保護層232的側表面也被凹槽250暴露。第一和第二石墨烯層241和242分別從第一和第二生長層221和222的暴露側表面生長。同時，盡管在圖4中第一和第二生長層221本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種石墨烯結構，包括：基板；生長層，形成在所述基板上并具有暴露的側表面；以及石墨烯層，從所述生長層的側表面生長。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：崔秉龍，李銀京，黃同穆，
申請(專利權)人：三星電子株式會社，
類型：發明
國別省市：