CN104810254A - 用于石墨烯部分的电气接触 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于石墨烯部分的电气接触。公开了电气或电子器件。在一些实施例中，一种电气器件包括：单层石墨烯部分，其在横向方向延伸；以及多层石墨烯结构，其与所述单层石墨烯部分横向接触。所述电气或电子器件还包括石墨部分，其与所述多层石墨烯结构的表面接触。在其他实施例中，一种电气器件包括：石墨烯部分，其在横向方向延伸；以及石墨部分，其被配置为提供针对所述石墨烯部分的横向接触。

Description

用于石墨烯部分的电气接触
技术领域
本发明的实施例涉及包括单层石墨烯（graphene）部分的电气器件。本发明的进一步的实施例涉及用于制造电气器件的方法。一些实施例涉及石墨烯接触。
背景技术
当制造包括石墨烯的电气器件（例如，晶体管）时，由金属制成的常规接触电极与石墨烯之间的接触电阻呈现出高值，这可能限制这样的器件的性能。高接触电阻可以通过两种机制来解释。术语“电气器件”也意指包括电子器件，诸如晶体管、二极管、光电探测器等。
对于未与石墨烯形成化学键的金属，石墨烯的功函数（Φ = 4.6 eV）与实际所有金属的差异导致费米级的对准和电荷转移。
对于与石墨烯形成化学键的金属，石墨烯的π-电子与金属的d-电子之间的交互导致带隙的形成。
发明内容
在一些实施例中，一种电气器件包括：单层石墨烯部分，其在横向方向延伸；多层石墨烯结构，其与所述单层石墨烯部分横向接触；以及石墨部分，其与所述多层石墨烯结构的表面接触。
在其他实施例中，一种电气器件包括：石墨烯部分，其在横向方向延伸；以及石墨部分，其被配置为提供针对所述石墨烯部分的横向接触。
在再其他实施例中，一种方法包括：在衬底上形成单层石墨烯部分；在所述衬底上形成多层石墨烯结构，所述多层石墨烯结构与所述单层石墨烯部分横向相邻并且接触所述单层石墨烯部分；以及提供接触所述多层石墨烯结构的表面的石墨部分。
在另外的实施例中，一种方法包括：提供彼此横向邻近的第一金属衬底和第二金属衬底。所述方法还包括在所述第一金属衬底的表面或界面处形成单层石墨烯部分；在所述第二金属衬底的表面或界面处形成多层石墨烯结构；以及在所述多层石墨烯结构的表面处形成石墨部分。
在各种实施例中，一种方法包括：在衬底上形成石墨烯部分；以及在所述衬底上提供与单层石墨烯部分横向相邻的石墨部分，来提供针对所述石墨烯部分的横向接触。
附图说明
图1示出了石墨-钛接触的I/U图；
图2A示出了在石墨烯的顶部表面/侧面形成石墨接触的不同阶段期间电气器件的示意性横截面；
图2B示出了在多层石墨烯结构的顶部表面/侧面形成石墨接触的不同阶段期间电气器件的示意性横截面，多层石墨烯结构接触单层石墨烯部分；
图2C示出了在石墨烯的侧面形成横向石墨接触的不同阶段期间电气器件的示意性横截面；
图2D示出了形成多层石墨烯结构的横向石墨接触的不同阶段期间电气器件的示意性横截面，多层石墨烯结构横向接触单层石墨烯部分；
图3A示出了在石墨烯的底部表面/侧面提供石墨接触的不同阶段期间电气器件的示意性横截面；
图3B示出了在多层石墨烯结构的底部表面/侧面提供石墨接触的不同阶段期间电气器件的示意性横截面；
图4A和4B图示了同时沉积的单层石墨烯（图4A）和多层石墨烯（图4B）的拉曼光谱（Raman spectra）；
图5示出了形成具有到任意衬底上的转移的单层/多层组合结构的示意性横截面；
图6示出了形成具有到任意衬底上的转移的单层/多层组合结构的示意性横截面，其中在第一金属衬底与第二金属衬底之间提供扩散阻挡层；以及
图7示出了直接在任意（最后）衬底上形成单层/多层组合结构的示意性横截面。
在使用附图进一步详细讨论本发明的实施例之前，要指出的是，在各图中，等同元素、具有相同功能或相同效果的元素被提供有相同或类似附图标记，使得在不同实施例中说明的这些元素及其功能性的描述在不同实施例中是相互可互换的或者可以应用于彼此。
具体实施方式
石墨烯具有多个令人感兴趣的电气和光学属性，这些属性自石墨烯的成功隔离在2004年被首次宣布以来引起了热切的研究。然而，石墨烯与金属导线之间的相对高的接触电阻迄今为止仍限制包括作为功能部分的石墨烯的电气器件的许多设计的性能。
因此，存在针对石墨烯部分的电气接触的减小接触电阻的需要。
本发明的实施例提供了相对低的接触电阻，这可以通过使用石墨作为接触材料来实现。石墨具有与无掺杂石墨烯的功函数相同的功函数。通过修改石墨（例如，掺杂、微晶大小等），功函数也可以调整成掺杂石墨烯的功函数。石墨烯的π-电子与石墨的π-电子的交互作为结果不会导致带隙的形成。取决于微晶大小，石墨具有特定电阻，范围从10-6到10-3Ohm cm，即，范围从金属直到掺杂多晶硅。因此，石墨接触也可以形成为导线并且可以整合在金属化方案中。例如，石墨与由金属（例如，钛Ti）制成的另外的接触导线之间的接触表现得像欧姆电阻，并且可以用大面积方式、独立于晶体管沟道长度来实现。
图1是石墨-钛接触的I/U特性。可以看到，在从-0.6V到+0.6V的电压范围中，石墨-钛接触示出线性行为。
实施例涉及使用石墨来接触石墨烯。可选地，可以插入多层石墨烯的过渡区。该材料组合是可通过分别在不同金属衬底区上选择性沉积石墨烯或多层石墨烯来制造的。
图2A至2D示意性图示了用于借助于石墨部分106来电气接触单层石墨烯部分102的过程。
如图2A中所示意性示出的，在衬底10的主表面处（例如，在衬底10的上表面处）提供单层石墨烯部分102。单层石墨烯部分102可以通过各种可能的技术来提供，诸如从另一衬底（物理）转移或者通过沉积过程（例如，化学汽相沉积，CVD）。然后，可以在单层石墨烯部分102的表面处形成硬掩膜（hardmask）170。硬掩膜170可以被结构化，使得其覆盖单层石墨烯部分102的表面的第一部分并暴露（即，不覆盖）该表面的第二部分。例如，单层石墨烯部分102的表面的第二部分可以是在单层石墨烯部分102的边缘处的部分。然后，可以在硬掩膜170和单层石墨烯部分102的暴露表面处沉积石墨层116。通过移除硬掩膜170，还连同硬掩膜170一起移除沉积的石墨层116的部分，具体地，覆盖硬掩膜170的那部分。石墨层116的直接沉积在单层石墨烯部分102上的部分被维持并形成石墨部分106。产生的电气器件示意性示出在图2A的底部图片中。该电气器件包括在横向方向延伸的单层石墨烯部分102。横向方向可以理解为定义与衬底10的主表面基本平行并且还与单层石墨烯部分102的片状结构的定向基本平行的平面。该电气器件还包括石墨部分106，石墨部分106在图2A的情况中与单层石墨烯部分102的上表面接触，更精确地与单层石墨烯部分102的表面的第二部分接触。以该方式，表面接触或界面接触108形成。
图2B示出了与图2A类似的过程，其中，附加地提供了多层石墨烯结构104。如在图2B中在顶部图片所示意性图示的，衬底10的主表面覆盖有单层石墨烯部分102并且与其相邻地覆盖有多层石墨烯结构104。如上文所描述的，例如，这可以通过单层石墨烯部分102和多层石墨烯结构104从另一衬底（临时衬底）的转移或通过沉积过程来实现。然后，形成硬掩膜170，使得硬掩膜170基本上覆盖整个单层石墨烯部分102和多层石墨烯结构104的一部分。然后，石墨层116沉积在硬掩膜170上和多层石墨烯结构104的未被硬掩膜170覆盖的那部分上。移除硬掩膜170导致移除石墨层116的沉积在硬掩膜117上的那部分，而石墨层116的直接沉积在多层石墨烯结构104上的另一部分未被移除而是被保留，并由此形成石墨部分106。如在图2B的底部图片中所示意性示出的，电气器件包括在横向方向延伸的单层石墨烯部分102。电气器件还包括横向接触单层石墨烯部分102的多层石墨烯结构104，由此形成在单层石墨烯部分102与多层石墨烯结构104之间的横向接触118。电气器件还包括与多层石墨烯结构104的表面接触的石墨部分106。如在图2B中所示出的，石墨部分106可以在横向方向与单层石墨烯部分102间隔开。
图2C示出与图2A类似的过程，其中，石墨部分106被直接布置为与石墨烯部分102横向相邻，由此提供针对石墨烯部分102的横向接触。石墨烯部分102可以是单层石墨烯部分。如图2A中那样，在衬底10的主表面处（例如，在衬底10的上表面处）提供石墨烯部分102。然后，可以在单层石墨烯部分102的表面处形成硬掩膜170。硬掩膜170可以被结构化，使得其覆盖单层石墨烯部分102的表面的第一部分并暴露（即，不覆盖）该表面的第二部分。例如，单层石墨烯部分102的表面的第二部分可以是在单层石墨烯部分102的边缘处的部分。图2A与图2C的不同之处在于例如通过蚀刻来移除单层石墨烯102的暴露部分。然后，可以在衬底10和硬掩膜170的暴露表面处沉积石墨层116。通过移除硬掩膜170，还连同硬掩膜170一起移除沉积的石墨层116的部分，具体地，盖硬掩膜170的那部分。石墨层116的直接沉积在衬底10上的部分被维持并形成石墨部分106。产生的电气器件示意性示出在图2C的底部图片中。该电气器件包括在横向方向延伸的单层石墨烯部分102。该电气器件还包括石墨部分106，石墨部分106在图2C的情况中形成与单层石墨烯部分102的横向接触138。
图2D类似于图2B和2C。与图2B的不同之处在于在石墨被沉积之前（例如，通过蚀刻）移除硬掩膜170的一部分（与图2C类似）。因此，石墨层116还覆盖衬底10的暴露表面。在移除硬掩膜之后，保留在衬底10的表面处的石墨部分106，而石墨层116的剩余部分已经连同硬掩膜170一起被移除。第一横向接触118形成在单层石墨烯部分102与多层石墨烯结构104之间的（横向）边界处。第二横向接触148形成在多层石墨烯结构104与石墨部分106之间的（横向）边界处。
注意，在图2C和2D的实现示例中，石墨层的底部层典型地不视为石墨烯。因此，石墨层的底部层不同于横向相邻的石墨烯部分。具体地，石墨烯部分102和石墨部分106在不同的时间形成。除了其他以外，可以在图2C和2D的实现示例中使用的形成过程不同于发明人已知的其他过程。此外，在指定温度热/CVD生长的石墨典型地不形成良好限定层（“乱层石墨”）。
根据电气器件的一些可能的实现，多层石墨烯结构104可以包括介于2与30之间个层的石墨烯、优选地介于2与20之间、更优选地介于2与26之间以及甚至更优选地介于2与10之间个层。多层石墨烯与石墨之间的一个可能不同可以是在多层石墨烯中，可以经由过程参数相对精确地控制层数。此外，石墨趋向于形成具有不同的层空间定向的微晶。多层石墨烯结构104和石墨部分106可以形成针对单层石墨烯部分102的电气接触。此外，多层石墨烯结构104可以在单层石墨烯部分102与石墨部分106之间形成过渡区。
单层石墨烯部分102和多层石墨烯结构104可以布置在衬底10的表面处。石墨部分104的至少一部分可以布置在多层石墨烯结构104的表面处，所述表面与衬底10相对。
图2A和2B示出实现的可能示例，其中可以通过使用石墨从顶部接触单层石墨烯来实现接触。换言之，图2A和2B示出了用于在石墨烯（图2A中的单层石墨烯102、图2B中的多层石墨烯104）的顶部制造石墨接触的实现的可能示例。
图3A和3B示出了其中也可以在石墨烯的下侧制造接触的替代。图3A和3B中的上部图片基本上相同并且示出了嵌入在衬底10中的石墨部分206。根据图3A，单层石墨烯部分102然后提供在衬底10的表面处并且还以连续方式提供在石墨部分206的表面处。注意，衬底10的表面和石墨部分206的表面可以典型地彼此基本齐平。
如图3B中所示意性图示的，单层石墨烯部分102和多层石墨烯结构104的第一部分被布置在衬底表面处。多层石墨烯结构104的第二部分与石墨部分206接触，例如，多层石墨烯结构104的第二部分被布置在石墨部分206的表面处。
如上文结合图2B所提及的，图3B还示出了多层石墨烯104的过渡区可以引入在单层石墨烯102与石墨电极206之间。该过渡区或过渡结构可以例如通过单层石墨烯和多层石墨烯在不同金属衬底区上的选择性沉积来制造。例如，有可能借助于化学汽相沉积（CVD）在1,000°C和100Pa以前体乙烯（precursor ethene）将单层石墨烯沉积在硅掺杂的镍（NixSi）上并将多层石墨烯沉积在铜（Cu）上。诸如以下的过程参数的许多其他合适组合可能具有该结果：总压强、前体分压、前体类型、H2分压、沉积的持续期、金属衬底成分等等。在特殊衬底上沉积的石墨烯层的数量强烈取决于过程参数。典型地，对于Ni而言可以观察到一般趋势是形成多层石墨烯并且对于Cu而言可以观察到一般趋势是形成单层石墨烯，但是通过调整过程参数，也可以导致相反的行为。例如，在特殊情况中，Ni膜与Si成合金以部分形成NixSi，其降低碳在Ni中的可溶性并且帮助产生单层石墨烯。以类似方式，第二金属可以是合金，或者第一金属与第二金属二者都可以是合金。
图4A和4B示出了已经同时沉积在Ni和Cu上的单层石墨烯和多层石墨烯的拉曼光谱。拉曼光谱示出若干典型的信号。最突出的信号是在约1350 cm-1处的D-尖峰、在约1580 cm-1处的G-尖峰以及在约2700 cm-1处的2D-尖峰。D-尖峰与G-尖峰的强度比描述了石墨烯膜的缺陷率（defectivity）。理想的无缺陷石墨烯膜不会示出任何D-尖峰。2D-尖峰与G-尖峰的强度比指示了石墨烯层的数量。对于单层石墨烯而言，高于2的比率I2D/IG是典型的。此外，小于40 cm-1的2D-尖峰的FWHM指示单层石墨烯，而较高的FWHM指示多层石墨烯。在图4B中在约3300 cm-1处的宽尖峰是由Cu衬底引起的。
图5示意性图示了单层石墨烯102和多层石墨烯104在第一金属衬底432和相邻的第二金属衬底434处的同时形成。第一和第二金属衬底432、434可以布置在临时衬底410的表面处。换言之，用于制造的对应方法包括提供第一金属432的表面和提供与第一金属432的表面横向邻近的第二金属434的表面。然后，单层石墨烯部分102和多层石墨烯结构104并发地（同时地）形成在第一和第二金属432、434的表面处。单层石墨烯部分102沉积在第一金属432的表面处，并且多层石墨烯结构104沉积在第二金属434的表面处。然后，单层石墨烯部分102和多层石墨烯结构104从临时衬底410转移到任意衬底，例如最后衬底10。换言之，单层石墨烯部分102和多层石墨烯结构104形成在临时衬底410上，并且用于制造的方法还包括将包括单层石墨烯部分102和多层石墨烯结构104的组合结构从临时衬底410转移到最后衬底10。
如图5中所示的，第一金属432和第二金属434被布置成直接彼此相邻，如果石墨烯CVD的过程参数（具体地，温度）不导致第一金属432和第二金属434在它们的界面处的合金的形成，则这是可能的。第一金属和第二金属的这样的合金可能防止石墨烯在合金部分的表面处的成功沉积。在该情况中，在单层石墨烯部分102和多层石墨烯结构104之间可能出现不期望的间隙。这样的间隙对于针对单层石墨烯部分102实现低接触电阻的目标可能是不利的。
有可能执行在Ni和Cu膜上与三英寸晶圆大小一样大的高质量石墨烯膜的晶圆规模的环境压强增长，之后是金属层的即时蚀刻和到任意衬底上的聚合物支撑的转移。该大面积合成和转移方法提供了准备用在晶圆规模器件和柔性/可拉伸电子器件中的石墨烯膜的改进的伸缩性和加工性。主要制造步骤为：首先，编码有300纳米厚的Ni或700纳米厚的Cu的三英寸SiO2/Si衬底被插入管状石英管中，并然后在具有流动的H2和Ar（或He）的环境压强下被加热直到1000°C。在将反应气体混合物（对于Ni而言CH4: H2: HR = 250: 325: 1000sccm以及对于Cu而言CH4: H2: He = 50: 15: 1000sccm）流动大约五分钟后，样本被快速冷却至室温。在Ni催化剂上生长的石墨烯层的平均数量范围从3至8，这取决于反应时间和冷却速率。另一方面，单和双层石墨烯主要在Cu催化剂上生长。为了产生晶圆规模的石墨烯器件，可以使用可以即时蚀刻金属层的转移方法。诸如软聚（二甲基硅氧烷）（PDMS）印模（stamp）和热释放带的聚合物支撑被附着到在金属层上生长的石墨烯膜。附着到衬底的支撑然后被浸泡在水中。在几分钟后，通过金属与SiO2之间的水干预，支撑/石墨烯/金属层从SiO2脱离。温和的超声作用增强水的穿透率。用FeCl3溶液浸泡分离的支撑/石墨烯/金属层以移除金属层，并然后产生的在聚合物支撑上的石墨烯膜准备好转移到任意衬底上。转移印刷将这些膜输送到聚合物（PET）膜或橡胶衬底上。为了改进转移性能，诸如光可固化环氧树脂膜的附加粘合层可以是有帮助的。最后，可以采用常规的光刻和利用O2等离子体的反应离子蚀刻（RIE）来图案化用于器件应用的石墨烯膜。可替代地，可以在金属层的脱离和蚀刻之前，以相同的方式对金属/SiO2/Si晶圆上的石墨烯预先图案化。
在图5中示意性图示的方法也可以视为用于制造电气器件的方法，其中，该方法包括提供第一金属衬底432和第二金属衬底434。第一金属衬底432和第二金属衬底434横向地彼此邻近。单层石墨烯部分102形成在第一金属衬底432的表面（或界面，参见图7）处。多层石墨烯结构104形成在第二金属衬底434的表面（或界面，参见图7）处。如图2B中所示的，然后，将石墨部分106形成在多层石墨烯结构104的表面处。
图6示意性示出了可以如何防止第一金属432和第二金属434的合金的形成，即使对于这样的情形也是如此：其中如果第一和第二金属将具有公共界面，则过程参数可能导致第一金属432和第二金属434的合金的形成。如在图6中示意性图示的，扩散阻挡层533提供在第一金属432和第二金属434之间。例如，扩散阻挡层的横向宽度——即将第一金属432与第二金属434分离的宽度——可以从1nm到20nm变动。例如，扩散阻挡层533可以使用所谓的间隔技术来结构化，这使得有可能以指示的大小范围创建优良的结构。扩散阻挡层533可以包括例如氮化硅。
当执行石墨烯CVD时，扩散阻挡层533的相对窄的宽度使得对于单层石墨烯部分102和对于多层石墨烯结构104而言有可能分别延伸超过第一金属432和第二金属434的边缘。因此，单层石墨烯部分102和多层石墨烯结构104可以一起生长，从而可以防止上述间隙的形成。该生长可以通过从金属层342和343蒸发金属来促进。还可以有可能的是，针对扩散阻挡层533的材料选择促进石墨烯跨越扩散阻挡层533的生长。
在图6中的底部图片示出了在其已经从临时衬底410转移到最后衬底10之后的单层石墨烯部分102和多层石墨烯结构104的组合结构。
图7示意性图示了根据其石墨烯可以通过使用合适的金属衬底和合适的过程控制而被直接沉积在任意衬底上的可替代过程。第一金属衬底432和第二金属衬底434被直接提供在最后衬底10的表面处。如图5中那样，第一金属衬底432和第二金属衬底434在横向方向直接彼此相邻。可替代地，还有可能提供扩散阻挡层，如图6中所示意性图示的。取决于石墨烯CVD的过程参数，单层石墨烯部分102和多层石墨烯结构104可以分别形成在第一金属432与衬底10之间以及在第二金属434与衬底10之间的界面处。该行为可以通过足够数量的碳原子经过第一和第二金属432、434的扩散来解释。注意，单层石墨烯和/或多层石墨烯也可以形成在第一和第二金属432、434的暴露表面处；然而，这些将在后续过程步骤中连同第一和第二金属432、434一起被移除，其结果在图7的底部图片中示出。在图7中示意性示出的方法可以称为在衬底（例如，氧化硅）上的石墨烯的直接生长。例如，可以获得掺杂密度受控的六边形石墨烯。该过程可以利用快速加热等离子体CVD。用于在SiO2衬底上直接生长载流子密度受控石墨烯的无转移方法可以通过快速加热等离子体化学汽相沉积（RH-PCVD）来实现。通过使用该方法，具有六边形域的高质量单层石墨烯片可以选择性地在Ni膜与SiO2衬底之间生长。该方法依赖于相对薄的Ni层和快速加热等离子体CVD。薄Ni膜沉积在SiO2/Si衬底上。接下来，执行等离子体CVD。碳原子在Ni膜中扩散并且石墨烯优选地沿着Ni和SiO2层之间的界面生长。通过使用化学蚀刻技术来移除Ni膜，SiO2/Si衬底上的石墨烯实现。可以预期使用铜Cu替代镍Ni的类似的行为，其中不同之处在于获得多层石墨烯结构。该直接生长典型地也应该对于具有注入的C或插入在Ni中的C层或混合到Ni膜中的C（例如，共溅射）的Ni膜工作。在高过程温度，应力迁移和金属蒸发可以在Cu膜中形成空隙（void）中扮演重要作用。当使用相对薄的Cu膜（例如，类似于Ni膜的厚度，即，<100 nm）时，这样的薄Cu膜有可能（完全）变换成纳米岛（nanoisland），并且结果石墨烯生长可能没有实现。对此的一个可能原因可能是Cu的熔点与Ni的熔点相比更低。另一个可能的原因可能是在Cu与Ni的扩散动力学中的差异。看来有可能的是，当使用相对厚的Cu膜（若干微米）时可以避免这样的问题。
根据实现的至少一些可能的示例，用于制造电气器件的方法可以包括在衬底10（或410）上形成单层石墨烯部分102。该方法还可以包括在衬底10、410上形成与单层石墨烯部分102横向相邻并且接触单层石墨烯部分102的多层石墨烯衬底104。可以提供接触多层石墨烯结构104的表面的石墨部分106、206。根据实现的至少一些示例，在形成单层石墨烯部分102和多层石墨烯结构104之前，可以执行提供石墨部分206的步骤。
单层石墨烯部分102和多层石墨烯结构104可以并发地/同时地形成。石墨部分106、206可以在与单层石墨烯部分102的延伸平行的方向上与单层石墨烯部分102间隔开。
提供石墨部分206可以包括将石墨部分206嵌入在衬底10中。单层石墨烯部分102和多层石墨烯结构104可以形成在衬底10的表面处并且还可以形成在石墨部分206的表面处，使得多层石墨烯结构104接触石墨部分206。如图2A至3B中所示，该方法还可以包括在单层石墨烯部分102的表面处和在多层石墨烯结构104的表面的第一部分处形成硬掩膜170。然后，石墨116可以沉积在硬掩膜170的暴露表面处和多层石墨烯结构104的表面的第二部分处，所示第二部分未被硬掩膜170覆盖。该方法还可以包括移除硬掩膜170和石墨116的已经沉积在硬掩膜170的暴露表面处的部分，同时留下石墨116的已经沉积在多层石墨烯结构104的表面的第二部分处的另一部分。
单层石墨烯部分102和多层石墨烯结构104可以形成在临时衬底410上。在该情况中，该方法还可以包括将包括单层石墨烯部分102和多层石墨烯结构104的组合结构从临时衬底410转移到最后衬底10。
根据一些实现示例，扩散阻挡层533可以具有横向分离宽度，该宽度介于1nm与20nm之间，优选地介于3nm与15nm之间，并且更优选地介于4nm与10nm之间。
沉积单层石墨烯部分102和多层石墨烯结构104可以包括在介于500与1500°C之间的温度和介于50与200Pa之间的压强的化学汽相沉积。例如，其他可能的温度范围介于600与1400°C之间或者介于700与1300°C之间，或者介于800与1200°C之间。例如，其他可能的压强范围介于60与180Pa之间，或者介于70与150Pa之间，或者介于80与130Pa之间。
根据进一步的可能实现，电气器件可以包括单层石墨烯部分、与该石墨烯部分间隔开的石墨部分，以及在单层石墨烯部分与石墨部分之间提供过渡区的多层石墨烯结构，其中，多层石墨烯结构与石墨部分形成针对单层石墨烯部分的电气接触。
尽管已经在装置的上下文中描述了一些方面，但是清楚的是，这些方面也代表对对应方法的描述，其中框或器件对应于方法步骤或方法步骤的特征。类似地，在方法步骤上下文中描述的方面也代表对对应装置的对应框或项目或特征的描述。
上述实施例仅仅是对本发明的原理的说明。理解的是，对本文中描述的布置和细节的修改和变型对于本领域技术人员将是清楚的。因此，其意图仅由所附专利权利要求的范围来限定，而不由通过对本文中的实施例的描述和解释的方式给出的具体细节来限定。

Claims (29)

1.一种电气器件，包括：
单层石墨烯部分，在横向方向延伸；
多层石墨烯结构，与所述单层石墨烯部分横向接触；以及
石墨部分，与所述多层石墨烯结构的表面接触。
2.根据权利要求1所述的电气器件，其中所述石墨部分在横向方向上与所述单层石墨烯部分间隔开。
3.根据权利要求1所述的电气器件，其中所述多层石墨烯结构和所述石墨部分形成针对所述单层石墨烯部分的电气接触。
4.根据权利要求1所述的电气器件，其中多层石墨烯结构形成在所述单层石墨烯部分与所述石墨部分之间的过渡区。
5.根据权利要求1所述的电气器件，还包括衬底，其中所述单层石墨烯部分和所述多层石墨烯结构布置在所述衬底的表面处，并且其中所述石墨部分的至少一部分布置在所述多层石墨烯结构的与所述衬底相对的表面处。
6.根据权利要求1所述的电气器件，还包括衬底，其中所述单层石墨烯部分和所述多层石墨烯结构的第一部分布置在所述衬底的表面处，并且其中所述石墨部分嵌入在所述衬底中，使得所述多层石墨烯结构的第二部分与所述石墨部分接触。
7.根据权利要求1所述的电气器件，其中所述石墨部分包括在所述电气器件与另外的电气器件之间提供电气连接的石墨导线。
8.一种电气器件，包括：
石墨烯部分，在横向方向延伸；以及
石墨部分，被配置为提供针对所述石墨烯部分的横向接触。
9.根据权利要求8所述的电气器件，还包括多层石墨烯结构，所述多层石墨烯结构在所述石墨烯部分与所述石墨部分之间提供过渡接触区，其中所述多层石墨烯结构和所述石墨部分形成针对所述石墨烯部分的电气接触。
10.根据权利要求9所述的电气器件，还包括衬底，其中所述石墨烯部分和所述多层石墨烯结构布置在所述衬底的表面处，并且其中所述石墨部分的至少一部分布置在所述多层石墨烯结构的与所述衬底相对的表面处。
11.根据权利要求10所述的电气器件，其中所述石墨烯部分是单层石墨烯部分。
12.根据权利要求9所述的电气器件，还包括衬底，其中所述石墨烯部分和所述多层石墨烯结构的第一部分布置在所述衬底的表面处，并且其中所述石墨部分嵌入在所述衬底中，使得所述多层石墨烯结构的第二部分与所述石墨部分接触。
13.根据权利要求8所述的电气器件，其中所述石墨部分包括在所述电气器件与另外的电气器件之间提供电气连接的石墨导线。
14.一种用于制造电气器件的方法，所述方法包括：
在衬底上形成单层石墨烯部分；
在所述衬底上形成多层石墨烯结构，所述多层石墨烯结构与所述单层石墨烯部分横向相邻并且接触所述单层石墨烯部分；以及
提供接触所述多层石墨烯结构的表面的石墨部分。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述单层石墨烯部分和所述多层石墨烯结构是并发地形成的。
16.根据权利要求14所述的方法，其中所述石墨部分在与所述单层石墨烯部分的延伸平行的方向与所述单层石墨烯部分间隔开。
17.根据权利要求14所述的方法，其中提供所述石墨部分包括将所述石墨部分嵌入在所述衬底中，并且其中所述单层石墨烯部分和所述多层石墨烯结构形成在所述衬底的和所述石墨部分的表面处，使得所述多层石墨烯结构接触所述石墨部分。
18.根据权利要求14所述的方法，还包括：
在所述单层石墨烯部分的表面处和在所述多层石墨烯结构的表面的第一部分处形成硬掩膜；
将石墨沉积在所述硬掩膜的暴露表面和所述多层石墨烯结构的表面的第二部分处，所述第二部分未被所述硬掩膜覆盖；以及
移除所述硬掩膜和所述石墨的已经沉积在所述硬掩膜的暴露表面处的部分，同时留下所述石墨的已经沉积在所述多层石墨烯结构的表面的所述第二部分处的另一部分。
19.根据权利要求14所述的方法，其中所述单层石墨烯部分和所述多层石墨烯结构形成在临时衬底上，并且其中所述方法还包括：
将包括所述单层石墨烯部分和所述多层石墨烯结构的组合结构从所述临时衬底转移到最后衬底。
20.根据权利要求14所述的方法，还包括：
提供第一金属的表面；
提供与所述第一金属的表面横向邻近的第二金属的表面；
并发地将所述单层石墨烯部分和所述多层石墨烯结构沉积在所述第一金属和所述第二金属的表面处，其中所述单层石墨烯部分沉积在所述第一金属的表面处，并且所述多层石墨烯结构沉积在所述第二金属的表面处。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述第一金属的表面和所述第二金属的表面通过扩散阻挡层彼此分离。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述扩散阻挡层具有介于1nm与20nm之间的横向分离宽度。
23.根据权利要求20所述的方法，
其中所述第一金属和所述第二金属的表面分别是所述第一金属和所述第二金属与所述衬底之间的界面，其中所述单层石墨烯部分和所述多层石墨烯结构分别形成在所述第一金属或所述第二金属分别与所述衬底之间的界面处；
其中所述方法还包括：
移除所述第一金属和所述第二金属。
24.根据权利要求20所述的方法，其中沉积所述单层石墨烯部分和所述多层石墨烯结构包括在介于500与1500摄氏度之间的温度和介于50与200Pa之间的压强的化学汽相沉积。
25.根据权利要求24所述的方法，其中，乙烯用作所述化学汽相沉积中的前体。
26.根据权利要求20所述的方法，其中，所述第一金属是镍并且所述第二金属是铜。
27.根据权利要求20所述的方法，其中，所述第一金属是合金和镍硅合金之一。
28.一种用于制造电气器件的方法，所述方法包括：
提供彼此横向邻近的第一金属衬底和第二金属衬底；
在所述第一金属衬底的表面或界面处形成单层石墨烯部分；
在所述第二金属衬底的表面或界面处形成多层石墨烯结构；
在所述多层石墨烯结构的表面处形成石墨部分。
29.一种用于制造电气器件的方法，所述方法包括：
在衬底上形成石墨烯部分；以及
在所述衬底上提供与所述石墨烯部分横向相邻的石墨部分，来提供针对所述石墨烯部分的横向接触。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107055514A (zh) * 2015-12-16 2017-08-18 三星电子株式会社 多层石墨烯、其形成方法、包括所述多层石墨烯的器件和制造所述器件的方法

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6241318B2 (ja) * 2014-02-28 2017-12-06 富士通株式会社 グラフェン膜の製造方法及び半導体装置の製造方法
US9812604B2 (en) * 2014-05-30 2017-11-07 Klaus Y. J. Hsu Photosensing device with graphene
US9812603B2 (en) * 2014-05-30 2017-11-07 Klaus Y. J. Hsu Photosensing device with graphene
US9882008B2 (en) 2015-11-05 2018-01-30 Texas Instruments Incorporated Graphene FET with graphitic interface layer at contacts
US10604844B2 (en) * 2018-05-14 2020-03-31 Purdue Research Foundation Graphene production using plasma-enhanced chemical vapor deposition
US11876141B2 (en) 2018-06-28 2024-01-16 Mitsubishi Electric Corporation Electronic device using graphene, manufacturing method for the device, and electromagnetic wave detector including the device
KR20210087823A (ko) * 2020-01-03 2021-07-13 삼성전자주식회사 선택적 그래핀 성장 방법
TW202231903A (zh) * 2020-12-22 2022-08-16 荷蘭商Ａｓｍ Ｉｐ私人控股有限公司 過渡金屬沉積方法、過渡金屬層、用於沉積過渡金屬於基板上的沉積總成

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101771022A (zh) * 2008-12-30 2010-07-07 日立环球储存科技荷兰有限公司 采用石墨烯的电路结构及其制造方法
KR101174670B1 (ko) * 2011-05-13 2012-08-17 한국화학연구원 그래핀 기반 소자에 응용 할 수 있는 패턴된 그래핀의 제조방법
US20130214252A1 (en) * 2010-09-08 2013-08-22 President And Fellows Of Harvard College Controlled synthesis of monolithically-integrated graphene structure
CN103280397A (zh) * 2013-05-30 2013-09-04 中国电子科技集团公司第十三研究所 一种横向石墨烯pin结的制备方法
CN103296065A (zh) * 2013-06-07 2013-09-11 中国科学院微电子研究所 一种减小石墨烯材料与金属接触电阻的结构

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9269854B2 (en) * 2010-09-10 2016-02-23 VerLASE TECHNOLOGIES LLC Methods of fabricating optoelectronic devices using layers detached from semiconductor donors and devices made thereby
EP2458620B1 (en) * 2010-11-29 2021-12-01 IHP GmbH-Innovations for High Performance Microelectronics / Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik Fabrication of graphene electronic devices using step surface contour
US9293553B2 (en) * 2011-03-10 2016-03-22 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Graphene electrodes for electronic devices
US8624222B2 (en) * 2011-10-21 2014-01-07 University Of Utah Research Foundation Homogeneous multiple band gap devices
KR101984694B1 (ko) * 2012-07-12 2019-05-31 삼성전자주식회사 실리콘 카바이드 웨이퍼 상의 단일층 그래핀의 제조방법
KR101919424B1 (ko) * 2012-07-23 2018-11-19 삼성전자주식회사 트랜지스터 및 그 제조방법
KR101919423B1 (ko) * 2012-08-01 2018-11-19 삼성전자주식회사 그래핀 반도체 및 이를 포함하는 전기소자
US10566482B2 (en) * 2013-01-31 2020-02-18 Global Graphene Group, Inc. Inorganic coating-protected unitary graphene material for concentrated photovoltaic applications

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101771022A (zh) * 2008-12-30 2010-07-07 日立环球储存科技荷兰有限公司 采用石墨烯的电路结构及其制造方法
US20130214252A1 (en) * 2010-09-08 2013-08-22 President And Fellows Of Harvard College Controlled synthesis of monolithically-integrated graphene structure
KR101174670B1 (ko) * 2011-05-13 2012-08-17 한국화학연구원 그래핀 기반 소자에 응용 할 수 있는 패턴된 그래핀의 제조방법
CN103280397A (zh) * 2013-05-30 2013-09-04 中国电子科技集团公司第十三研究所 一种横向石墨烯pin结的制备方法
CN103296065A (zh) * 2013-06-07 2013-09-11 中国科学院微电子研究所 一种减小石墨烯材料与金属接触电阻的结构

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHARI ET AL: "Graphite-Graphene Contact Resistance", 《APS MARCH MEETING 2013》 *
GUANXIONG LIU ET AL: "Graphene thickness-graded transistors with reduced electronic noise", 《APPLIED PHYSICS LETTER》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107055514A (zh) * 2015-12-16 2017-08-18 三星电子株式会社 多层石墨烯、其形成方法、包括所述多层石墨烯的器件和制造所述器件的方法
CN107055514B (zh) * 2015-12-16 2023-04-07 三星电子株式会社 多层石墨烯、其形成方法、包括所述多层石墨烯的器件和制造所述器件的方法

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Publication number Publication date
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