提供了石墨烯層、形成該石墨烯層的方法、包括該石墨烯層的器件以及制造該器件的方法。形成石墨烯層的方法可以包括在第一溫度下使用第一源氣體形成第一石墨烯以及在第二溫度下使用第二源氣體形成第二石墨烯。第一石墨烯和第二石墨烯中的其中之一可以是P型石墨烯，第一石墨烯和第二石墨烯中的另一個可以是N型石墨烯。第一石墨烯和第二石墨烯共同形成P-N結。
【技術實現步驟摘要】
本公開涉及石墨烯層、形成該石墨烯層的方法、包括該石墨烯層的器件以及制造該器件的方法。
技術介紹
石墨烯在化學上和結構上是穩定的，并且表現出優良的電和物理特性。例如，石墨烯具有高達大約2X105cm2/Vs的電荷迀移率，其比硅(Si)的電荷迀移率快一百倍以上，并且石墨烯具有大約10sA/cm2的電流密度，其比銅(Cu)的電流密度大一百倍以上。此外，石墨烯可具有非常高的費米速度Vf。因而，石墨烯作為克服一般器件的當前限制的下一代材料而受到關注。因為石墨烯的各種優點，已經進行了關于石墨烯應用于各種電子器件的許多研究。在這方面，必須向石墨烯提供半導體性質。然而，在使用現有的方法時，可能難以在石墨烯中形成具有優良性能的P-N結。
技術實現思路
—個或多個示例性實施方式提供具有優良的物理性質和特性的石墨烯層，以及形成該石墨烯層的方法。—個或多個示例性實施方式還提供了具有優良的P-N結特性的石墨烯層，以及形成該石墨烯層的方法。—個或多個示例性實施方式還提供了其中在P-N結界面中存在的耗盡區的寬度相對小的石墨烯層，以及形成該石墨烯層的方法。—個或多個示例性實施方式還提供了圖案化的石墨烯層以及形成這樣的石墨烯層的方法。—個或多個示例性實施方式還提供了具有無缺陷的邊緣部分的石墨烯層，以及形成該石墨烯層的方法。—個或多個示例性實施方式還提供了包括該石墨烯層的器件(例如，含石墨烯的器件)。一個或多個示例性實施方式還提供了制造包括這樣的石墨烯層的器件的方法。根據示例性實施方式的一方面，提供一種形成石墨烯層的方法，該方法包括:在第一溫度使用第一源氣體在底層的第一區域上形成第一石墨烯；以及在第二溫度使用第二源氣體在底層的鄰近第一區域的第二區域上形成第二石墨烯，其中第一石墨烯和第二石墨烯的其中之一是P型石墨烯，第一石墨烯和第二石墨烯的另一個是N型石墨烯，并且第一石墨烯和第二石墨烯形成P-N結。第一源氣體和第二源氣體可以彼此相同，并且第一溫度和第二溫度可以彼此不同。第一源氣體和第二源氣體可以每個均包括含氮(N)的碳氫化合物。含氮(N)的碳氫化合物可以包括吡啶(C5H5N)。第一溫度可以高于或等于700°C并且第二溫度可以低于或等于550°C。第一石墨烯可以是P型石墨烯并且第二石墨烯可以是N型石墨烯。第一石墨烯可以是通過被底層摻雜而產生的P型石墨烯，第二石墨烯可以是由來自第二源氣體的N型摻雜劑產生的N型石墨烯。底層可以包括催化金屬。催化金屬可以包括鉑(Pt)。催化金屬還可以包括鎳(Ni)、銅(Cu)或銥(Ir)。 第一源氣體和第二源氣體可以彼此不同。第一源氣體和第二源氣體中的其中之一可以包括第一碳氫化合物，并且第一源氣體和第二源氣體中的另一個可以包括第二碳氫化合物，第一碳氫化合物可以不包含氮(N)，第二碳氫化合物可以包含氮(N)。P型石墨烯可以使用第一碳氫化合物形成，N型石墨烯可以使用第二碳氫化合物形成。第一碳氫化合物可以包括從苯(C6H6)、乙烯(C2H4)、乙炔(C2H2)和三乙基硼烷(C6H15B)中選出的至少一種。第一碳氫化合物可以包括硼(B)。第二碳氫化合物可以包括吡啶(C5H5N)。該方法還可以包括形成結合到第一石墨烯或第二石墨烯的第三石墨烯，其中第三石墨烯是P型石墨烯或N型石墨烯。石墨烯層可以具有PNP結構或NPN結構。第三石墨烯可以在低于大約550 °C的溫度或者低于大約500 °C的溫度形成。形成底層可以包括:在基板上形成底材料層；以及通過圖案化底材料層形成彼此分離的多個底層。根據另一示例性實施方式的一方面，提供一種制造含石墨烯的器件的方法，該方法包括:通過使用以上描述的方法形成包括P-N結的石墨烯層；以及形成含石墨烯的器件的至少一部分，其中所述部分包括石墨烯層。石墨烯層可以形成在第一基板上，并且在石墨烯層從第一基板轉移到第二基板之后，可以在第二基板上形成含石墨烯的器件的所述部分。石墨烯層可以形成在第一基板上，并且含石墨烯的器件的所述部分可以形成在第一基板上。根據另一示例性實施方式的一方面，一種石墨烯層包括:P型石墨烯；以及結合到P型石墨烯的側部的N型石墨烯，其中形成在P型石墨烯和N型石墨烯之間的界面處的耗盡區具有小于或等于5nm的寬度。耗盡區的寬度可以小于或等于2nm。石墨烯層的整個邊緣部分可以具有沒有缺陷的Z字形結構。在P型石墨烯或N型石墨烯中，按區域計的摻雜濃度的偏差可以小于大約2.5X1012/cm2o根據另一示例性實施方式的一方面，一種含石墨烯的器件包括以上描述的石墨烯層。含石墨烯的器件可以是二極管，并且還可以包括連接到P型石墨烯的第一電極以及連接到N型石墨稀的第二電極。含石墨烯的器件可以是晶體管，并且石墨烯層可以被用作溝道層。石墨烯層可以具有PNP結結構或NPN結結構。含石墨烯的器件可以包括從由隧穿器件、雙極結型晶體管(BJT)、勢皇晶體管(barristor)、場效應晶體管(FET)、存儲器件、太陽能電池、光電探測器、傳感器和發光器件組成的組選出的任意一種。根據另一示例性實施方式的一方面，一種石墨烯器件包括:設置在第一區域中的N型石墨烯；以及設置在鄰近第一區域的第二區域中的P型石墨烯，其中N型石墨烯具有由碳(C)原子形成的晶體結構，其中一些碳(C)原子被第一原子取代，P型石墨烯具有僅由碳(C)原子形成的晶體結構或其中晶體結構中的一些碳(C)原子被不同于第一原子的第二原子取代的結構。第一原子可以包括例如氮(N)原子。第二原子可以包括例如硼⑶原子。形成在P型石墨烯和N型石墨烯之間的界面處的耗盡區可以具有小于或等于5nm的寬度。耗盡區的寬度小于或等于2nm。石墨烯層的整個邊緣部分可以具有無缺陷的Z字形結構。在P型石墨烯或N型石墨烯中，按區域計的摻雜濃度的偏差可以小于大約2.5X1012/cm2o石墨烯層的寬度可以是例如大約500nm或更小。【附圖說明】從結合附圖對示例性實施方式的以下描述，以上和/或其它方面將變得明顯且更易于理解，在附圖中:圖1A至IE是示出根據示例性實施方式的形成石墨烯層的方法的透視圖；圖2A至2D是示出根據另一示例性實施方式的形成石墨烯層的方法的透視圖；圖3A至3D是示出根據另一示例性實施方式的形成石墨烯層的方法的透視圖；圖4A至4F是示出根據另一示例性實施方式的形成石墨烯層的方法的透視圖；圖5A至5F是示出根據另一示例性實施方式的形成石墨烯層的方法的透視圖；圖6A至6D是示出根據另一示例性實施方式的形成石墨烯層的方法的透視圖；圖7A至7D是示出根據另一示例性實施方式的形成石墨烯層的方法的透視圖；圖8A至SC是示出根據另一示例性實施方式的形成石墨烯層的方法的透視圖；圖9是示出根據示例性實施方式的石墨烯層的結構的視圖；圖10是示出根據另一示例性實施方式的石墨烯層的結構的視圖；圖11示出了通過根據比較示例的方法形成的具有P-N結的石墨烯層的X射線光電子能譜(XPS)圖像；圖12是示出根據示例性實施方式的石墨烯層以及其邊緣部分的結構的圖示；圖13是示出根據比較示例的石墨烯層的邊緣部分的結構的圖示；圖14A至14C是示出根據示例性實施方式的制造含石墨烯的器件的方法的透視圖。圖15A至15C是示出根據另一示例性實施方式的制造含石墨烯的器件的方法的剖視圖；圖16A至16C是示出根本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種形成石墨烯層的方法，所述方法包括：在第一溫度使用第一源氣體在底層的第一區域上形成第一石墨烯；以及在第二溫度使用第二源氣體在所述底層的鄰近所述第一區域的第二區域上形成第二石墨烯，其中所述第一石墨烯和所述第二石墨烯的其中之一是P型石墨烯，所述第一石墨烯和所述第二石墨烯的另一個是N型石墨烯，并且所述第一石墨烯和所述第二石墨烯共同形成P?N結。
【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：金孝媛，李載昊，
申請(專利權)人：三星電子株式會社，
類型：發明
國別省市：韓國;KR
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