[发明专利]石墨烯器件和制造石墨烯器件的方法

说明书

技术领域

本申请总体涉及包括石墨烯的器件以及用于制造包括石墨烯的器件的方法。

背景技术

石墨烯是由sp²键合的碳原子密集堆积成蜂窝状晶格而形成的一个原子厚的平面片。可以将石墨烯看成由碳原子及其化学键构成的原子尺度的丝网。石墨烯展现出在其他材料中未发现的、新类型的基本物理特性。从器件角度而言，最为感兴趣的是具有弹道输运的高电荷载流子迁移率、高电流密度、高热导率以及控制电特性的可能性。在2004年，通过对石墨块体的机械剥离，能证实地分离出单石墨烯片，该石墨烯片是真实二维的、原子厚度的碳晶体。近来已发现可以制造石墨烯片。这些石墨烯片是良好的导体，例如是硅MOSFET的约20倍。

已对例如由碳纳米管或硅纳米线制成的纳米线网络进行了多年的研究。然而，这些网络因网络内的高电阻线到线连接而具有相当低的传导率。

发明内容

本发明的示例的各个方面在权利要求书中进行阐述。

根据本发明的第一方面，一种器件包括多孔石墨烯层，该多孔石墨烯层包括多个细孔(pore)。

该器件可以包括具有介于1％和99％之间的孔隙率的多孔石墨烯层。多孔石墨烯层可以包括纳米带，该纳米带具有介于0.1nm和20nm之间的宽度。多孔石墨烯层可以具有如下的孔隙率，该孔隙率使得并且被配置成使得多孔石墨烯层是半导体。该器件可以包括衬底，其中多孔石墨烯层定位在衬底上。衬底可以被配置成使得其是柔性的或可伸展的。该器件可以包括衬底，并且多孔石墨烯层可以覆盖衬底上的介于1μm²和10cm²之间的面积。多孔石墨烯层可以包括单原子多孔石墨烯层。该器件可以包括石墨烯电极，该石墨烯电极具有连续的石墨烯层，该连续的石墨烯层具有介于1μm²和10cm²之间的面积。

根据本发明的第二方面，一种方法包括：蚀刻石墨烯层，以及使用纳米线掩膜抑制所述蚀刻。

根据本发明的第三方面，一种电子器件包括：

第一石墨烯电极；

第二石墨烯电极；

石墨烯半导体；以及

电源，

其中所述石墨烯半导体、所述第一石墨烯电极以及所述第二石墨烯电极被配置成使得通过电源在第一石墨烯电极中的第一位置和第二石墨烯电极中的第二位置之间的电流供应在第一位置和第二位置之间建立电势差，并且使得电势差随着第一位置或第二位置的变化而保持为实质上恒定。

根据本发明的第四方面，一种电子器件包括第一石墨烯电极、第二石墨烯电极、石墨烯半导体以及电源，该石墨烯半导体、该第一石墨烯电极以及该第二石墨烯电极均被配置成使得通过电源在第一石墨烯电极中的第一点和第二石墨烯电极中的第二点之间的电流供应在所述点之间建立电势差，并且使得在第一石墨烯电极两端实质上不存在电势差，并且在第二石墨烯电极两端实质上不存在电势差。

根据本发明的第五方面，一种在第一石墨烯电极中的第一点和第二石墨烯电极中的第二点之间施加电势差的方法包括：

将石墨烯半导体定位于两个电极之间；

(ii)使得电流通过石墨烯半导体并且在第一点和第二点之间通过，从而使得在第一点和第二点之间建立电势差，并且使得在第一石墨烯电极两端实质上不存在电势差，并且在第二石墨烯电极两端实质上不存在电势差。

附图说明

为了更为完整地理解本发明的示例实施方式，现在参考下面结合所附附图的描述，其中：

图1显示了根据本发明的一个方面的用于制造器件的工艺；

图2显示了用于图1工艺中的阶段之一的两种变体；以及

图3显示了根据本发明的一个方面的器件。

具体实施方式

通过参考附图中的图1至图3来理解本发明的示例实施方式及其潜在优势。

图1显示了根据本发明一个方面的制造工艺。初始步骤1是在衬底11上沉积石墨烯层12。在US20090110627中描述了用于实施该沉积的一个示例工艺。石墨烯沉积工艺包括：形成石墨化催化剂；在存在石墨化催化剂的情形下热处理气态碳源以形成石墨烯；以及冷却石墨烯以形成石墨烯层12。

气态碳源可以包括具有含1至7个碳原子的分子的化合物，该气态碳源可以包括选自如下的化合物：一氧化碳、乙烷、乙烯、乙醇、乙炔、丙烷、丙烯、丁烷、丁二烯、戊烷、戊烯、环戊二烯、己烷、环己烷、苯、甲苯、甲烷，以及包括前述化合物中至少一种的组合。