CN102396084A - 用于提供针对石墨烯的电连接的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
一种方法和装置，所述方法包括：在石墨烯层中形成凹部，其中，所述凹部在所述石墨烯层的第一部分与所述石墨烯层的第二部分之间创建了边界；在所述凹部内沉积电绝缘材料；以及在所述绝缘材料上沉积电传导材料。
Description
技术领域
本发明的实施例涉及一种方法和装置。更具体地，本发明的实施例涉及一种用于提供针对石墨烯层(graphene layer)的一部分的电连接的方法和装置。
背景技术
石墨烯是被密集地填塞在蜂巢晶格中的碳原子的平面薄片。图1示意性地图示了在石墨烯层1内的碳原子的布置。
图1中图示的石墨烯层1仅包括单层碳原子。其它石墨烯层可以包括多个重叠的碳原子层。石墨烯层的物理属性可以取决于重叠的碳原子层的数目。随着原子层的数目增加，石墨烯的物理属性可能变得不那么清晰易辨。对于包括高达五个原子层的石墨烯来说，物理属性可能是最为清晰易辨的。如果材料包括超过大约二十个原子层，那么该材料可能不再被考虑成是石墨烯而是石墨。
石墨烯已经被示出展现了诸如以下物理属性：具有弹道转移(ballistictransport)的高电荷载体移动性、高电流密度和高导热性。这些属性可以使得石墨烯能够被用于微电子或毫微电子器件中。
为了使得石墨烯能够被用于微电子或毫微电子器件中，有必要准备石墨烯的适当部分并且使得能够针对该石墨烯部分实现可靠的电连接。
发明内容
根据本发明的各种而不一定是所有实施例，提供了一种方法，其包括：在石墨烯层中形成凹部(recess)，其中，所述凹部在所述石墨烯层的第一部分和所述石墨烯层的第二部分之间创建了边界；在所述凹部内沉积电绝缘材料；以及在所述绝缘材料上沉积电传导材料。
在本发明的一些实施例中，所述方法可以包括：使得能够针对所述石墨烯层的第一部分实现电连接。
在本发明的一些实施例中，所述凹部可以将所述石墨烯层的第一部分与所述石墨烯层的第二部分相分离。
在本发明的一些实施例中，所述方法还可以包括：使用聚焦离子束(focussed ion beam)来形成所述凹部。在本发明的一些实施例中，所述方法还可以包括：使用聚焦离子束在所述凹部内沉积所述电绝缘材料。在本发明的一些实施例中，所述方法还可以包括：使用聚焦离子束来沉积所述电传导材料。
在本发明的一些实施例中，所述凹部可以围绕所述石墨烯层的第一部分。
在本发明的一些实施例中，所述绝缘材料可以包括氧化物。所述绝缘材料可以包括二氧化硅。在本发明的其它实施例中，所述绝缘材料可以包括具有高介电常数的介电材料。
在本发明的一些实施例中，所述电传导材料可以包括铬合金。在本发明的其它实施例中，所述电传导材料可以包括金属，诸如铂、金、钨或钯。
在本发明的一些实施例中，所述方法可以进一步包括：沉积接触部分，其中，所述接触部分可以提供在所述石墨烯层的第一部分与所述电传导材料之间的电连接。所述接触部分可以包括与所述电传导材料不同的材料。所述接触部分可以包括钯。在本发明的一些实施例中，所述接触部分可以包括铂、金、钨或者适合在微电子或毫微电子器件中使用的任何金属。
根据本发明的各种而不一定是所有实施例，提供了一种装置，其包括：石墨烯层，所述石墨烯层包括第一部分和第二部分，其中，凹部在所述第一部分和所述第二部分之间创建了边界；在所述凹部内的电绝缘材料；以及在所述绝缘材料上的电传导材料。
在本发明的一些实施例中，所述电传导材料可以使得能够针对所述石墨烯层的所述第一部分实现电连接。
在本发明的一些实施例中，所述第一部分是通过所述凹部而与所述第二部分相分离的。
在本发明的一些实施例中，可以使用聚焦离子束来形成所述凹部。在本发明的一些实施例中，可以使用聚焦离子束来将所述电绝缘材料沉积在所述凹部内。在本发明的一些实施例中，可以使用聚焦离子束来沉积所述电传导材料。
在本发明的一些实施例中，所述凹部可以围绕所述石墨烯层的所述第一部分。
在本发明的一些实施例中，所述绝缘材料可以包括氧化物。所述绝缘材料可以包括二氧化硅。在本发明的其它实施例中，所述绝缘材料可以包括具有高介电常数的介电材料。
在本发明的一些实施例中，所述电传导材料可以包括铬合金。在本发明的其它实施例中，所述电传导材料可以包括金属，诸如铂、金、钨或钯。
在本发明的一些实施例中，所述装置可以进一步包括接触部分，所述接触部分被配置以便提供在所述石墨烯层的所述第一部分与所述电传导材料之间的电连接。所述接触部分可以包括与所述电传导材料不同的材料。所述接触部分可以包括钯。在本发明的一些实施例中，所述接触部分可以包括铂、金、钨或者适合在微电子或毫微电子器件中使用的任何金属。
所述装置可以用于在微电子或毫微电子器件中使用。
附图说明
为了更好地理解本发明实施例的各种示例，现在将仅通过例子的方式来参照附图，在附图中：
图1是石墨烯层的示意图示；
图2图示了根据本发明实施例的方法的流程图；
图3是根据本发明实施例的石墨烯层的第一部分的示意图；
图4是根据本发明实施例的石墨烯层的第一部分的扫描电子显微镜(SEM)显微图；
图5是根据本发明实施例的装置的示意图；以及
图6是根据本发明实施例的装置的SEM显微图。
具体实施方式
附图图示了一种方法，其包括：在石墨烯层1中形成13凹部23，其中，凹部23在石墨烯层1的第一部分25和石墨烯层1的第二部分27之间创建了边界；在凹部23内沉积17电绝缘材料29；以及在绝缘材料29上沉积19电传导材料31。
如上所述，图1图示了石墨烯层1。可以通过任何适当的方法来形成石墨烯层1，诸如石墨层的机械剥离或者从晶基(crystal base)生长出外延层。
石墨烯层1的碳原子形成了规则的蜂巢晶格。该规则的晶格导致了带状结构并且使得石墨烯层1能够展现半导体属性。石墨烯层1的边缘是不连续体，其破坏了该规则的蜂巢晶格。这影响了带状结构，并且因此影响了石墨烯层1的半导体属性。
图2图示了根据本发明实施例的创建针对石墨烯层1的一部分的电连接的方法的流程图。
在框11，形成了石墨烯层1。如上所述，可以通过石墨层的机械剥离或者从晶基生长出外延层来形成石墨烯层1。在本发明的其它实施例中，可以使用形成石墨烯层1的其它方法。
石墨烯层1的厚度可以取决于被用来制备层1的方法，并且还取决于层1的预期应用。石墨烯层1可以包括碳原子的一个重叠层到二十个重叠层。在本发明的大多数实施例中，石墨烯层1可以包括碳原子的一个重叠层到五个重叠层。
在框13，在石墨烯层1内形成凹部23。凹部23是石墨烯层1的表面中的切口(incision)，其是通过蚀刻掉石墨烯层1的碳原子中的一些碳原子来形成的。在本发明的一些实施例中，凹部23可以被蚀刻穿过石墨烯层1的厚度的一部分。例如，在石墨烯层1包括多个原子层的情况下，凹部23可以仅被蚀刻穿过上面的那些原子层。在本发明的其它实施例中，凹部23可以被蚀刻穿过石墨烯层1的整个厚度。
在本发明的一些实施例中，可以使用聚焦离子束显微镜来形成13凹部23。在这样的实施例中，凹部23的深度和宽度可以取决于聚焦离子束设备或显微镜的分辨率。
凹部23在石墨烯层1的第一部分25与石墨烯层1的第二部分27之间创建了边界。该边界可以是这两个部分之间的分界线。
在本发明的一些实施例中，凹部23可以将石墨烯层1的第一部分25与石墨烯层1的第二部分27相分离。在本发明的一些实施例中，凹部23可以在石墨烯层1的整个第一部分25周围延伸，并且限定第一部分25的周界。石墨烯层1的第一部分25的形状和大小可以取决于被用来创建凹部23的装置的分辨率或者石墨烯层1的相应部分的预期应用。
在本发明的一些实施例中，凹部23可以仅在石墨烯层1的第一部分25的一区段(section)周围延伸。在这些实施例中，第一部分25可以连接到第二部分27。
在框15，接触部分21被沉积在石墨烯层1的第一部分21上。接触部分21被配置以便使得能够在石墨烯层1的第一部分25与其它电组件之间实现电连接，从而使得石墨烯层1的第一部分25可以形成电子电路的一部分。
接触部分21包括电传导材料，例如，像钯、铂、金、钨这样的金属或者适合在微电子或毫微电子器件中使用的任何其它材料。
可以使用任何适当的技术(诸如聚焦离子束沉积法)来沉积接触部分21。在这样的实施例中，接触部分21的大小可以通过聚焦离子束的分辨率来确定。
可以在石墨烯层1的第一部分25的任何适当的位置处沉积接触部分21。在本发明的一些实施例中，接触部分可被放置在石墨烯层1的第一部分25的边缘处。
在框17，电绝缘材料29被沉积在凹部23内。电绝缘材料29在石墨烯层1的第一部分25和第二部分27之间创建了绝缘障壁(insulatingbarrier)。
电绝缘材料29可以包括任何适合的材料，例如氧化物，诸如二氧化硅或具有高介电常数的介电材料。
可以使用聚焦离子束显微镜来沉积电绝缘材料29。绝缘材料29的层次的位置和厚度可以取决于被用来沉积电绝缘材料29的技术以及石墨烯层1的预期应用。
在本发明的一些实施例中，电绝缘材料29可以沉积在凹部23内，从而使得绝缘材料29的顶部与石墨烯层1的表面几乎齐平。在本发明的其它实施例中，电绝缘材料29可以被沉积成使得绝缘材料29中的一些处于凹部23内并且绝缘材料29中的一些覆盖了石墨烯层1的表面的一些区段。
在框19，电传导材料31被沉积在电绝缘材料29上，以便使得能够针对石墨烯层1的第一部分25实现电连接。
电传导材料31可以被沉积成使得其邻接于接触部分21并且因此电连接到接触部分21。在本发明的一些实施例中，电传导材料31可以由与接触部分21相同的材料来形成。在本发明的其它实施例中，电传导材料31可以由与接触部分21不同的材料来形成。例如，可要求电传导材料31具有特定属性，诸如超导性或者使其能被用来形成连接导线的机械属性。在本发明的一些实施例中，电传导材料31可以包括铬合金。
电传导材料31使得石墨烯层1的第一部分25能够连接到其它电子组件以便形成电子电路的一部分。在本发明的一些实施例中，其它电子组件可以包括石墨烯层1的其它部分。
图3是根据本发明实施例的石墨烯层1的示意图，其中已经执行了上述方法的一部分。已经形成13凹部23以便将石墨烯层1的第一部分25与石墨烯层1的第二部分27相分离，并且接触部分21已经被沉积15在石墨烯层1的第一部分上。
图4是与图3的示意图示相对应的石墨烯层1的SEM显微图。相同的附图标记用于相应的特征。可以根据在显微图中指示的标度来确定石墨烯层1的特征的维度。
在图3和图4中，第一部分25被石墨烯层1的第二部分27包围。凹部23围绕第一部分25并且将第一部分25与第二部分27相分离。凹部23在石墨烯层1的表面中形成矩形。因为凹部23限定了第一部分25的周界，所以第一部分25也是矩形。
在所图示的实施例中，第一部分25的长度远大于第一部分23的宽度，从而使得该矩形拉长。在图4中，石墨烯层1的第一部分25具有近似800nm的长度和近似150nm的宽度。具有类似拉长形状的石墨烯部分被称为石墨烯毫微条带(nanoribbons)。
应当理解，在本发明的其它实施例中，石墨烯层的第一部分25可以具有不同的大小和/或形状。例如，石墨烯毫微条带可以具有100nm到2000nm之间的长度。石墨烯毫微条带的宽度可以小于10nm。所使用的确切大小和形状可以取决于许多因素，包括：被用来创建凹部23的装置的精度和分辨率以及石墨烯层1的相应部分的预期应用。
在本发明的一些实施例中，通过改变沿毫微条带的长度在所选点处的毫微条带的宽度，可以根据石墨烯毫微条带来形成量子点(quantum dot)。聚焦离子束可用于改变毫微条带的宽度。这可以改变毫微条带的电子属性，例如，其可以创建量子限域(quantum confinement)。
石墨烯毫微条带可以具有扶手椅(armchair)或锯齿形边缘状态。这些取决于原子在毫微条带的边缘处的布置。锯齿形边缘在边缘处具有一个原子，而扶手椅形边缘在边缘处具有两个原子。毫微条带的电子属性取决于边缘是锯齿形还是扶手椅形。
在所图示的实施例中，凹部23的宽度大约是10nm。如上所述，凹部的宽度可以由用于创建凹部23的装置的分辨率来确定。
接触部分21被沉积在石墨烯层1的第一部分25的上表面上。在本发明的一些实施例中，接触部分21可以放置在石墨烯层1的第一部分25的侧面上。
接触部分21被放置在第一部分25的任一端，从而使得它们沿拉长的矩形第一部分25的长度而分离。
接触部分21的大小可以由用于沉积接触部分21的装置的分辨率来确定。在本发明的一些实施例中，接触部分21的直径可以大约为10nm。接触部分21的厚度还可以取决于用于沉积接触部分21的技术以及石墨烯层1的预期应用。
图5是根据本发明实施例的装置33的示意图示。图5是完整装置33通过图3中图示的线X-X的横截面。图5中的相对尺寸不一定对应于装置33的实际相对尺寸。
装置33包括石墨烯层1的第一部分25以及石墨烯层1的第二部分27。凹部23将第一部分25与第二部分27相分离。
电绝缘材料29被沉积在凹部23内。在所图示的实施例中，电绝缘材料29还覆盖了第一部分25的一些表面，并且还覆盖了石墨烯层1的第二部分27。这将石墨烯层1的多个区段与沉积在绝缘材料29上的任何电传导材料31相隔离。
如在图3和图4中，在石墨烯层1的第一部分25的任一端处提供了两个接触部分21。接触部分21与石墨烯层1的第一部分25进行电接触。
一层电传导材料31被沉积在电绝缘材料29上。在所图示的实施例中，电传导材料通过覆盖接触部分21的一区段而邻接于接触部分21，并且因此电连接到接触部分21。因为电传导材料31覆盖了电绝缘材料29，所以其与石墨烯层1的第二部分是电隔离的。
图6是根据本发明实施例的装置33的SEM显微图。相同的附图标记被用于与在先前实施例中所描述的特征相对应的特征。可以从所提供的标度看出装置的尺寸。
在图6中，石墨烯层1的第一部分25也是拉长的矩形。然而，在图6中，第一部分被放置在石墨烯层1的边缘处，从而使得凹部23仅在矩形第一部分25的三个侧面周围延伸。
电绝缘材料29被沉积在凹部23内，并且还被沉积在石墨烯层的第二部分27的表面上。然后，电传导材料被沉积在电绝缘材料上。
在图6中，电绝缘材料29层比电传导材料31层宽得多。这降低了当沉积电传导材料31时所需要的精度。
本发明的实施例提供了一种使得能够针对石墨烯层实现电接触的精确和可靠的方法。所使用的方法使得用户能够确定多个石墨烯部分的大小和形状，因此，可以根据石墨烯层的预期应用来调整它们。
应当理解，在图2中，框的特定顺序的图示不一定意味着存在对框所要求的或优选的顺序。框的顺序和布置可以是变化的，例如，可以在沉积15接触部分21之前沉积17电绝缘材料29。此外，可以省略一些步骤，例如，在接触部分21和电传导材料31是由相同材料形成的情况下，可以组合这些框。
尽管在前面的段落中已经参照各种例子描述了本发明的实施例，但是应当理解，在不背离如所要求保护的本发明的范围的情况下，可以对给出的例子做出修改。
可以按照与明确描述的组合不同的组合来使用在前面的说明书中所描述的特征。
尽管已经参照特定特征描述了功能，但是那些功能可以通过其它特征来实现，而不管是否描述过。
尽管已经参照特定实施例描述了特征，但是那些特征还可以在其它实施例中呈现，而不管是否描述过。
虽然在前述说明书中致力于关注被认为是具有特定重要性的本发明的那些特征，但是应当理解，申请人要求保护关于任何可获专利的特征或上文中引用和/或附图中示出的特征的组合，而不管是否已经对其进行了特别的强调。
Claims (26)
1.一种方法，其包括：
在石墨烯层中形成凹部，其中，所述凹部在所述石墨烯层的第一部分与所述石墨烯层的第二部分之间创建了边界；
在所述凹部内沉积电绝缘材料；以及
在所述绝缘材料上沉积电传导材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其包括：使得能够针对所述石墨烯层的第一部分实现电连接。
3.根据任何前述权利要求所述的方法，其中，所述凹部将所述石墨烯层的第一部分与所述石墨烯层的第二部分相分离。
4.根据任何前述权利要求所述的方法，其进一步包括：使用聚焦离子束来形成所述凹部。
5.根据任何前述权利要求所述的方法，其进一步包括：使用聚焦离子束在所述凹部内沉积所述电绝缘材料。
6.根据任何前述权利要求所述的方法，其进一步包括：使用聚焦离子束来沉积所述电传导材料。
7.根据任何前述权利要求所述的方法，其中，所述凹部围绕所述石墨烯层的第一部分。
8.根据任何前述权利要求所述的方法，其中，所述绝缘材料包括氧化物。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述绝缘材料包括二氧化硅。
10.根据任何前述权利要求所述的方法，其中，所述电传导材料包括铬合金。
11.根据任何前述权利要求所述的方法，其包括：沉积接触部分，其中，所述接触部分提供了在所述石墨烯层的第一部分与所述电传导材料之间的电连接。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述接触部分包括与所述电传导材料不同的材料。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述接触部分包括钯。
14.一种装置，其包括：
石墨烯层，所述石墨烯层包括第一部分和第二部分，其中，凹部在所述第一部分和所述第二部分之间创建了边界；
在所述凹部内的电绝缘材料；以及
在所述绝缘材料上的电传导材料。
15.根据权利要求14所述的装置，其中，所述电传导材料使得能够针对所述石墨烯层的所述第一部分实现电连接。
16.根据权利要求14至15中的任何一个所述的装置，其中，所述第一部分是通过所述凹部而与所述第二部分相分离的。
17.根据权利要求14至16所述的装置，其中，所述凹部是使用聚焦离子束来形成的。
18.根据权利要求14至17中的任何一个所述的装置，其中，使用聚焦离子束将所述电绝缘材料沉积在所述凹部内。
19.根据权利要求14至18中的任何一个所述的装置，其中，使用聚焦离子束来沉积所述电传导材料。
20.根据权利要求14至20中的任何一个所述的装置，其中，所述凹部围绕所述石墨烯层的所述第一部分。
21.根据权利要求14至20中的任何一个所述的装置，其中，所述绝缘材料包括氧化物。
22.根据权利要求21所述的装置，其中，所述绝缘材料包括二氧化硅。
23.根据权利要求14至22中的任何一个所述的装置，其中，所述电传导材料包括铬合金。
24.根据权利要求14至23中的任何一个所述的装置，其中，所述装置包括接触部分，所述接触部分被配置以便提供在所述石墨烯层的所述第一部分与所述电传导材料之间的电连接。
25.根据权利要求24所述的装置，其中，所述接触部分包括与所述电传导材料不同的材料。
26.根据权利要求25所述的装置，其中，所述接触部分包括钯。
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