CN104952712B - NH4F制造n掺杂石墨烯和电气器件的方法及该石墨烯和器件 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及NH4F制造n掺杂石墨烯和电气器件的方法及该石墨烯和器件。制造n掺杂的石墨烯的示例性方法包括：(a)准备石墨烯和氟化铵(NH4F)；以及(b)使石墨烯暴露于氟化铵(NH4F)，其中，通过(b)，在石墨烯层的一部分或全部的上表面和下表面上形成氟层，并且铵离子被物理吸附至石墨烯层的一部分或全部的上表面和下表面或被物理吸附至石墨烯层的碳原子之间的缺陷，由此在执行石墨烯的n掺杂的同时维持或进一步提高石墨烯的优越电气特性(包括电荷迁移率)。
Description
优先权要求
本申请要求2014年3月26日提交的题为“Method of manufacturing n-dopedgraphene and electrical component using NH4F,and graphene and electricalcomponent thereby(使用NH4F制造n掺杂的石墨烯和电气器件的方法以及由此得到的石墨烯和电气器件)”的韩国申请No.10-2014-0035302的优先权，该在先申请援引包含于此。
技术领域
本发明涉及一种制造n掺杂的石墨烯和电气器件的方法，并涉及由此得到的石墨烯和电气器件。更具体地，本发明涉及使用氟化铵(NH4F)制造n掺杂的石墨烯和电气器件的方法以及由此得到的石墨烯和电气器件。
背景技术
最近，正尝试研发使用纳米技术的多种材料，这类材料的性能会比传统材料的性能更好。这类材料的一个典型例子是石墨烯。石墨烯是具有彼此结合的碳原子的二维平面结构的材料，并具有众多优势，包括高电荷迁移率、优越的机械强度、透明度等等。它可使用当前可用的半导体加工技术来制备并因此作为下一代材料获得重视。
应用石墨烯的电子材料的典型例子是由于高电荷迁移率而具有高工作速度的晶体管沟道。此外，当石墨烯被应用至场效应晶体管(FET)时，工作频率可大幅度地提高。然而，使用如前所述的石墨烯形成诸如FET之类的电气器件本质上需要用电子或空穴对石墨烯进行掺杂的工艺。因而，空穴掺杂，即p掺杂自然地发生在制备石墨烯的过程中，由此避免了额外的工艺，但电子掺杂，即n掺杂，需要额外的工艺。
当今研发出的N掺杂工艺可被归类为生长工艺类型和生长后工艺类型。生长工艺类型的一个典型例子是化学气相沉积(CVD)。该工艺可被运 用以制造纯石墨烯，但可以如下方式使用：可将含氮原子的气体(氮气或氨气)添加至气体供给件，以使氮原子与生长石墨烯一致地被注入碳原子之间的键。在使用由此生长的n型石墨烯制造FET的情形下，基于场效应，电荷迁移率被测得为大约200-450cm2/V·sec。
生长后工艺类型的例子包括热处理工艺和等离子体处理工艺，而热处理工艺可被再分成使用气体的工艺和使用高温溶液的工艺。使用气体的工艺以如下方式执行：将氧化的石墨烯(石墨烯氧化物)放置在填充氨气的气体腔内；并随后在高温下通过热处理将其还原并同时执行n掺杂。类似地，在氨的水溶液中将氧化的石墨烯加热至高达大约200℃的同时，使用溶液的工艺执行还原和掺杂。然而，前述热处理工艺是成问题的，因为大多数使用的氧化的石墨烯即便被还原也不可能恢复成具有原始的高电荷迁移率的石墨烯。
等离子体处理工艺是通过在填充氨气或氮气的气体腔内产生等离子体并随后使该等离子体直接接触石墨烯以由此注入氮原子而实现的。由于使用CVD生长的大面积高质量的石墨烯可能经受电子掺杂，因而该方法是有利的，但由于石墨烯中的多个碳-氧键可能作为等离子体处理后的副产品产生从而显著地劣化石墨烯的电气特性，所以该方法又是不利的。
此外，韩国专利申请公布No.10-2012-0099910(2012年9月12日公布)披露了一种石墨烯的n掺杂工艺，其包括使包含碳源的反应气体与衬底10上的热量反应以在衬底10上生长石墨烯20；以及通过使用含n型掺杂物的蒸气或掺杂溶液30而对该石墨烯进行掺杂。图1示出根据前述传统技术使用掺杂溶液30的石墨烯20的n掺杂工艺。然而，即使使用这种方法，前述传统问题也难以从根本上得以解决。
尽管前面提到的传统方法能够对石墨烯进行n掺杂，然而石墨烯包括电荷迁移率的电气特性可能显著地降低。因此，对于在维持或提高石墨烯的电气特性的同时实现石墨烯的n掺杂的方法的需求正在持续增加，但其适宜的解决方案尚未被提出。
发明内容
因此，本发明有鉴于关联技术中遇到的上述问题而作出，并且本发明的目的是提供一种制造n掺杂的石墨烯和电气器件的方法以及由此得到的石墨烯和电气器件，其中在对石墨烯作n掺杂的同时能够维持或进一步提高石墨烯的包括电荷迁移率在内的优越电气特性。
为了达成前述目的，本发明的一个方面提供了一种制造n掺杂的石墨烯的方法，包括：(a)准备石墨烯和氟化铵(NH4F)；以及(b)将石墨烯暴露于氟化铵(NH4F)，其中通过(b)，氟层被形成在石墨烯层的上表面和下表面的一部分或全部上，并且铵离子被物理吸附至石墨烯层的上表面和下表面的一部分或全部或者石墨烯层的碳原子之间的缺陷。
(b)中将石墨烯暴露于氟化铵(NH4F)可使用从下面的工艺中选择的任一工艺或两种或更多种工艺的组合来实现：将石墨烯浸入到氟化铵(NH4F)水溶液中的工艺；将氟化铵(NH4F)水溶液喷洒到石墨烯上的工艺；使石墨烯暴露于氟化铵(NH4F)蒸气的工艺；以及用氟化铵(NH4F)水溶液对石墨烯进行旋涂的工艺。
可通过将氟化铵(NH4F)水溶液的浓度、温度和处理时间中的至少一者调整至预定的范围而控制(b)中石墨烯的掺杂程度。
该方法可进一步包括：(b1)在(b)之后对暴露于氟化铵(NH4F)的石墨烯作热处理。
另外，(b1)中的热处理可在如下工艺条件下进行：即物理吸附至石墨烯的铵离子的一部分或全部可被转化成吡咯型氮、吡啶型氮或石墨型氮。
本发明的另一方面提供了一种制造包括n掺杂的石墨烯的电气器件的方法，包括：(c)在衬底上形成石墨烯；(d)形成源电极和漏电极；(e)蚀刻石墨烯，由此形成石墨烯图案；以及(f)使形成在衬底上的石墨烯图案暴露于氟化铵(NH4F)。
在(c)中，衬底可包括氮化硅、氧化硅、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺。
在(f)中使石墨烯图案暴露于氟化铵(NH4F)可使用从下面的工艺中选择的任一工艺或两种或更多种工艺的组合来实现：将具有石墨烯图案的衬 底浸入到氟化铵(NH4F)水溶液中的工艺；将氟化铵(NH4F)水溶液喷洒到石墨烯沟道上的工艺；使石墨烯沟道暴露于氟化铵(NH4F)蒸气的工艺；以及用氟化铵(NH4F)水溶液对石墨烯沟道进行旋涂的工艺。
可通过将氟化铵(NH4F)水溶液的浓度、温度和处理时间中的至少一者调整至预定的范围而控制(f)中石墨烯图案的掺杂程度。
该方法可进一步包括：(g)在(f)之后对暴露于氟化铵(NH4F)的石墨烯图案进行热处理。
因而，(g)中的热处理可在如下工艺条件下进行：即物理吸附至石墨烯图案的铵离子的一部分或全部可被转化成吡咯型氮、吡啶型氮或石墨型氮。
该方法可进一步包括：(h)在(f)之后在石墨烯图案上形成保护膜。
在(h)中可使用从原子层沉积、化学气相沉积、旋涂和丝网印刷中选取的任一工艺来执行保护膜的形成。
在(h)中，保护膜可包括从氧化铝、氧化硅、氧化铪、氧化锆、氧化镧、氧化钨、氮化硼、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯基苯酚、聚三乙烯三甲基环三硅氧烷(Pv3D3)以及聚四乙烯四甲基环四硅氧烷(PV4D4)中选取的任意一种。
本发明的另一方面提供n掺杂的石墨烯，其包括石墨烯层以及被形成在石墨烯层的上表面和下表面的一部分或全部上的氟层，其中铵离子被物理吸附至石墨烯层的上表面和下表面的一部分或全部或者石墨烯层的碳原子之间的缺陷。
因而，石墨烯层的一部分碳原子可用吡咯型氮、吡啶型氮或石墨型氮取代。
本发明的又一方面提供一种包含n掺杂石墨烯的电气器件，其包括：如前所述的n掺杂石墨烯；衬底，其具有形成在其上表面上的n掺杂石墨烯；以及电极。
衬底可包括氮化硅、氧化硅、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺。
另外，晶体管的沟道可由n掺杂的石墨烯形成，源极和漏极可由 电极形成，而栅电极可进一步形成在衬底的下表面上，由此形成场效应晶体管。
可使用包括高浓度掺杂的硅层的全局背栅作为栅电极。
电气器件可进一步包括形成在n掺杂的石墨烯的上表面上的保护膜。
保护膜可包括从氧化铝、氧化硅、氧化铪、氧化锆、氧化镧、氧化钨、氮化硼、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯基苯酚、聚三乙烯三甲基环三硅氧烷(Pv3D3)以及聚四乙烯四甲基环四硅氧烷(PV4D4)中选取的任意一种。
附图说明
本发明的前述和其它目的、特征和优势将结合附图从下面的详细描述中得以更清楚的理解，所述附图涉及概念图和示出在n掺杂之后的结果的曲线图，这些附图部分地纳入到详细说明中以协助本发明的理解，在附图中：
图1是示出根据传统技术使用掺杂溶液的石墨烯的n掺杂工艺的图；
图2是示出根据本发明的实施例使用氟化铵水溶液制造包括n掺杂的石墨烯的电气器件的工艺的流程图；
图3(a)、3(b)和3(c)是示出根据本发明的实施例使用氟化铵水溶液的n掺杂原理的图；
图4A、4B和4C是示出根据本发明的实施例使用石墨烯的背栅晶体管及其掺杂工艺的图；
图5是示出根据本发明的实施例依赖于水溶液处理时间的n掺杂的石墨烯的Dirac电压的曲线图；
图6是示出根据本发明的实施例依赖于水溶液处理时间的石墨烯的电荷迁移率的曲线图；以及
图7是示出根据本发明的实施例的氧化铝处理的石墨烯的Dirac电压随时间变化的曲线图。
具体实施方式
本发明可以多种方式被修正并可具有多个实施例，下面是参照附图对具体实施例的详细描述。
在下面的描述中，要注意，当与本发明关联的已知技术的详细描述可能使本发明的主旨不清楚时，则将其省去。
诸如第一、第二等术语可用来描述不同要素，并且这些要素不仅限于上述术语，并且这些术语仅用来将一个要素与另一要素区别开来。
使用诸如CVD之类的生长工艺或诸如热处理或等离子体处理之类的生长后工艺形成n掺杂的石墨烯的传统情形可能是有问题的，因为石墨烯的电气特性(包括电荷迁移率)可能显著地恶化。因此，本发明提供一种制造n掺杂的石墨烯和电气器件的方法以及由此得到的石墨烯和电气器件，其中使用氟化铵(NH4F)对石墨烯掺杂或者还对石墨烯进行热处理，以使石墨烯被氟离子包围，由此减少由于与诸如水分子之类的外部材料的碰撞引起的扩散，这种碰撞造成当石墨中的电荷移动时能量的损失，并且铵离子被物理吸附至石墨的上表面和下表面或者石墨的碳-碳键的缺陷中，而不会产生阻碍电荷移动的新缺陷，或者用氮原子取代碳原子，由此在执行石墨的n掺杂的同时维持或进一步提高石墨的优越电气特性(包括电荷迁移率)。
在本发明中有益的是，氟化铵(NH4F)水溶液可按照多种条件而改变，所述条件包括浓度、温度和处理时间，并可具有多个示例性实施例。下面是对掺杂原理和结果的详细描述，不管掺杂因素的具体条件如何。
图2示出了根据本发明的实施例使用氟化铵(NH4F)水溶液制造包括n掺杂的石墨烯的电气器件的工艺的流程图。如图2所示，据本发明的实施例使用氟化铵水溶液制造包括n掺杂的石墨烯的电气器件的方法包括：将石墨烯转移到氮化硅/硅(Si3N4/Si)衬底上(S210)；形成源电极/漏电极(S220)；对石墨烯沟道布图(S230)；用氟化铵水溶液处理石墨烯沟道(S240)；执行热处理(S250)；以及沉积氧化铝(Al2O3)(S260)。
根据本发明的实施例使用NH4F水溶液制造包括n掺杂的石墨烯的电气器件的方法在下面逐步地予以说明。首先，将石墨烯转移到氮化硅/硅(Si3N4/Si)衬底上的步骤(S210)如下。在该步骤中，制备好的石墨烯薄板被转移到制备好的氮化硅/硅(Si3N4/Si)衬底上，由此形成用于制造电气器件的基础 结构。
一旦根据本发明的具体实施例制造了测试样本，则配置衬底以使氮化硅(Si3N4)在硅(Si)层上沉积至90nm的厚度，并且该硅层由p+掺杂的硅构成以被用作背栅电极。因而，氮化硅(Si3N4)起到绝缘体的作用，并可使用例如低压CVD、等离子体增强CVD等工艺形成。
作为氮化硅/硅(Si3N4/Si)衬底的取代，也可使用诸如氧化硅/硅、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺之类的任意衬底，只要石墨烯被转移至该任意衬底即可。
接着，使用湿式转移方法或干式转移方法将石墨烯转移到制备好的氮化硅/硅(Si3N4/Si)衬底上。
此外，所预制的石墨烯薄板不一定被转移，并且在一些情形下，石墨烯可借助适当的工艺直接形成在氮化硅/硅(Si3N4/Si)衬底上。
接着，形成源电极/漏电极(S220)。源电极/漏电极构成场效应晶体管(FET)的电极。在本发明的实施例中，使用金(Au)作为这些电极的金属来制造测试样本，并且由钯(Pd)形成粘合层以增强金的粘合性。粘合层的材料不一定仅限于Pd，而是可以没有特别限制地使用任何金属，只要能够增强金和衬底之间的粘合即可。为了使用前述金属形成要求的电极图案，使用负性光刻胶执行光刻，并使用CVD沉积电极金属，之后是剥离工艺。
接着，对石墨烯沟道布图(S230)。为了制造具有所要求的宽度和长度的沟道，使用正性光刻胶执行光刻，在这之后使用氧等离子体对石墨烯沟道以外的区域进行蚀刻。
接着，用氟化铵水溶液处理石墨烯沟道(S240)。借助上述一连串工序制造出的具有石墨烯沟道的衬底被浸入氟化铵水溶液中，以使石墨烯沟道被n掺杂。因而，掺杂程度可根据氟化铵水溶液的浓度、温度和时间的变化而变化。将前述因素考虑在内，事先确定前述工艺条件是优选的。
如图3(a)所示，氟化铵(NH4F)以氟离子(F-)和铵离子(NH4 +)的形式作为原子团被提供在水溶液中。由此，当将石墨烯浸入其中时，如图3(b)所示，石墨烯被氟离子(F-)包围，并且铵离子(NH4 +)被物理吸附在石墨烯的表面上或被物理吸附至存在于石墨烯内的缺陷，也就是石墨烯的碳原子之间的键 的不连续点或不匹配点。可实现n掺杂而不产生对石墨烯中的电荷移动造成阻碍的新缺陷，并因此可在维持或进一步提高石墨烯的优越电气特性(包括电荷迁移率)的同时制造n掺杂的石墨烯。
另外，除了如前所述地将具有石墨烯沟道的衬底浸入氟化铵水溶液中外，还可根据需要使用在石墨烯沟道上喷洒氟化铵(NH4F)水溶液的工艺、将石墨烯沟道暴露于氟化铵(NH4F)蒸气的工艺或者用氟化铵(NH4F)水溶液旋涂石墨烯沟道的工艺。
接着，为了更稳定地制造n掺杂的石墨烯，执行热处理工艺(S250)。借助热处理工艺，如图3(c)所示，氟化铵(NH4F)的部分或全部铵离子可被转化成吡咯型氮、吡啶型氮或石墨型氮，并由此可防止铵离子依赖于由于挥发等外部条件的分离，由此取得更稳定的结构。
更具体地，在本发明的实施例中，在300℃下在2×10-6托的真空氛围内执行热处理工艺10小时。因而，诸如压力、温度和时间等工艺条件可根据需要而改变。
最后，沉积氧化铝(Al2O3)。为了在该步骤中更稳定地维持n掺杂效果，将由氧化铝(Al2O3)制成的保护膜形成在石墨烯沟道上，由此抑制石墨特性在外部条件下的恶化。除了对保护膜使用Al2O3，也可没有特别限制地使用诸如氧化硅、氧化铪、氧化锆、氧化镧、氧化钨、氮化硼、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯基苯酚、聚三乙烯三甲基环三硅氧烷(pV3D3)以及聚四乙烯四甲基环四硅氧烷(pV4D4)等任意材料，只要它不降低石墨烯的特性并可防止与外部的接触。
保护膜可考虑衬底的性质使用从原子层沉积(ALD)、CVD、旋涂和丝网印刷中适宜地选取的任一工艺来形成。
至于本发明实施例中的测试样本，使用ALD将Al2O3沉积至5nm的厚度。
具体地，图3(a)-3(c)示出一旦对浸入氟化铵(NH4F)水溶液内的石墨烯进行热处理就会出现的现象。如图3(a)所示，氟化铵在水溶液中被分解成氟离子(F-)和铵离子(NH4 +)。由于氟离子(F-)是带负电荷的，因此它们附于带正电荷的石墨烯的表面以使石墨烯呈电气中性。如果只存在氟离子，则石 墨烯的Dirac电压等于0V，当石墨烯的表面被氟离子包围时，石墨烯被阻止与诸如水分子和离子之类的外部材料形成原子接触，并由此当石墨烯中的电荷移动时因外部材料导致的扩散的程度可能减小，由此提高电荷迁移率。
另一方面，当铵离子(NH4 +)附于石墨烯的表面或其碳-碳键的缺陷上时，它们施予电子，并由此中性石墨烯再次带负电荷，并通过被充电至低于0V的Dirac电压执行n(电子)掺杂。
另外，为了合需地达成电子掺杂，优选的是，石墨烯的碳原子之间的缺陷的量通过生长后工艺减少或增多或者调整氟化铵水溶液的浓度、温度和处理时间。
此外，随着石墨烯被热处理，部分或全部的铵离子可被转化成吡咯型氮、吡啶型氮或石墨型氮，由此形成图3(b)或图3(c)所示的结构，从而导致更稳定的结构。
图4A、4B和4C示出使用石墨烯的背栅晶体管400及其掺杂工艺。图4A示出使用石墨烯的背栅晶体管400的结构，而图4B示意地示出n掺杂工艺。图4C是示出使用n掺杂石墨烯的背栅晶体管的横截面图，其中进一步提供保护膜。
如图4A所示，使用石墨烯的背栅晶体管400被配置成使氮化硅层440沉积到高浓度掺杂的硅层450上以形成衬底，并且石墨烯410被转移到衬底上，并沉积电极金属Au/Pd以形成源极420和漏极430。高浓度掺杂的硅层450被用作全局背栅电极并且氮化硅层440起到绝缘体的作用，并因此使将石墨烯410用作沟道的背栅晶体管工作。
图4B示意地示出石墨烯的n掺杂工艺。具体地说，将预定量的氟化铵水溶液放置在诸如Teflon烧杯之类的容器中，并将制备的样本浸入其中长达预定的时间段，由此完成石墨烯的n掺杂工艺。
图4C示出了其中通过将氧化铝膜460沉积在石墨烯410表面上形成保护膜以维持稳定的n掺杂的结构。
如前所述，当使用石墨烯形成背栅晶体管时，可维持石墨烯包括高电荷迁移率的优越电气特性，并且还可提供n掺杂的石墨烯沟道。相比于传统电气器件，包括工作速度或工作频率的电气特性可大为提高。另外，如 图4C所示，电气器件进一步包括诸如氧化铝膜460之类的保护膜，由此防止石墨烯沟道的特性由于外部条件而恶化，从而获得更稳定运作的电气器件。
图5是示出Dirac电压随氟化铵水溶液的处理时间的变化而变化的曲线图。如图5所示，随着处理时间增加，Dirac电压从正值(空穴掺杂)经过0V改变至负值(电子掺杂)，这是通过实验确认的。
所使用的氟化铵水溶液的浓度为40％，该浓度可变化以调整掺杂的石墨烯的量以及暴露时间。如图5所示，当基于40％的质量浓度将衬底对该水溶液的暴露时间设定至10分钟或更长时，掺杂可能变得饱和。因而，自然地可依赖于水溶液的浓度和温度以不同方式设定该暴露时间。
图6是示出在用氟化铵水溶液进行处理之前和之后电荷迁移率的变化的曲线图。如图6所示，在n(电子)掺杂后，石墨烯的电荷迁移率不减反增，这与传统的n掺杂不同。由此，根据本发明的n掺杂石墨烯和使用该n掺杂石墨烯的电气器件的特性会大为改善。
图7是示出当在n掺杂的石墨烯上沉积5nm厚的氧化铝膜时在空气中随时间的推移维持掺杂效果的曲线图。当不沉积氧化铝膜时，石墨烯随时间的推移通过空气中的湿气和氧被再次p掺杂并由此使Dirac电压改变至正值。相反，当沉积氧化铝膜时，Dirac电压在空气中不随时间的推移而显著地改变。因此，在石墨烯上形成保护膜使得石墨烯的掺杂效果能长时间地维持。
如之前描述的，本发明提供了制造n掺杂的石墨烯和电气器件的方法以及由此得到的n掺杂的石墨烯和电气器件。根据本发明，当使用氟化铵(NH4F)对石墨烯进行掺杂或者还对石墨烯作热处理时，石墨烯被氟化铵包围，由此减少了由于与外部材料的碰撞造成的扩散，所述碰撞造成电荷在石墨烯中移动时的能量损失。此外，铵离子可被物理吸附至石墨烯的上表面和下表面或者物理吸附至石墨烯的碳-碳原子的缺陷，而不会产生阻碍电荷移动的新缺陷，或者可用氮原子取代碳原子。由此，在执行石墨烯的n掺杂的同时可维持或进一步提高石墨烯的优越电气特性(包括电荷迁移率)。
尽管为解说目的已公开了本发明的优选实施例，然而本领域内技术人员将理解，多种修正、添加和取代是可能的而不会脱离本发明如所附权 利要求书中披露的范围和精神。因此，本发明的实施例不对本发明的精神构成限制，而是对其作出解释。另外要理解，本发明的保护范围由下面权利要求书阐述，并且落在其等效物范围内的所有技术构思被纳入到本发明的范围内。
Claims (22)
1.一种制造n掺杂的石墨烯的方法，包括：
(a)准备石墨烯和氟化铵(NH4F)；以及
(b)使所述石墨烯暴露于所述氟化铵(NH4F)；
其中，通过(b)，在石墨烯层的一部分或全部的上表面和下表面上形成氟层，并且铵离子被物理吸附至所述石墨烯层的一部分或全部的上表面和下表面或被物理吸附至所述石墨烯层的碳原子之间的缺陷；并且
其中，在(b)中使所述石墨烯暴露于所述氟化铵(NH4F)是使用从下列工艺中选取的任一工艺或两个或更多个工艺的组合来实现的：将石墨烯浸入到氟化铵(NH4F)水溶液中的工艺；将氟化铵(NH4F)水溶液喷洒到石墨烯上的工艺；以及用氟化铵(NH4F)水溶液对石墨烯进行旋涂的工艺。
2.如权利要求1所述的方法，其中，在(b)中使所述石墨烯暴露于所述氟化铵(NH4F)另外是使用使石墨烯暴露于氟化铵(NH4F)蒸气的工艺来实现的。
3.如权利要求1所述的方法，其中，通过将氟化铵(NH4F)水溶液的浓度、温度和处理时间中的至少一者调整至预定的范围而控制(b)中所述石墨烯的掺杂程度。
4.如权利要求1所述的方法，还包括：(b1)在(b)之后对暴露于氟化铵(NH4F)的所述石墨烯作热处理。
5.如权利要求4所述的方法，其中，(b1)中的热处理在如下工艺条件下进行：物理吸附至所述石墨烯的所述铵离子的一部分或全部被转化成吡咯型氮、吡啶型氮或石墨型氮。
6.一种制造包括n掺杂的石墨烯的电气器件的方法，包括：
(c)在衬底上形成石墨烯；
(d)形成源电极和漏电极；
(e)蚀刻所述石墨烯，由此形成石墨烯图案；以及
(f)使形成在所述衬底上的所述石墨烯图案暴露于氟化铵(NH4F)；
其中，在(f)中使所述石墨烯图案暴露于所述氟化铵(NH4F)是使用从下面的工艺中选择的任一工艺或两种或更多种工艺的组合来实现的：将具有石墨烯图案的衬底浸入到氟化铵(NH4F)水溶液中的工艺；将氟化铵(NH4F)水溶液喷洒到石墨烯沟道上的工艺；以及用氟化铵(NH4F)水溶液对石墨烯沟道进行旋涂的工艺。
7.如权利要求6所述的方法，其中，在(c)中，所述衬底包括氮化硅、氧化硅、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺。
8.如权利要求6所述的方法，其中，在(f)中使所述石墨烯图案暴露于所述氟化铵(NH4F)另外是使用使石墨烯沟道暴露于氟化铵(NH4F)蒸气的工艺来实现的。
9.如权利要求6所述的方法，其中，在(f)中通过将氟化铵(NH4F)水溶液的浓度、温度和处理时间中的至少一者调整至预定的范围而控制所述石墨烯图案的掺杂程度。
10.如权利要求6所述的方法，还包括：(g)在(f)之后对暴露于氟化铵(NH4F)的所述石墨烯图案进行热处理。
11.如权利要求10所述的方法，其中，(g)中的热处理在如下工艺条件下进行：被物理吸附至所述石墨烯图案的铵离子的一部分或全部被转化成吡咯型氮、吡啶型氮或石墨型氮。
12.如权利要求6所述的方法，还包括：(h)在(f)之后在所述石墨烯图案上形成保护膜。
13.如权利要求12所述的方法，其中，使用从原子层沉积、化学气相沉积、旋涂和丝网印刷中选取的任一工艺来实现在(h)中所述保护膜的形成。
14.如权利要求12所述的方法，其中，在(h)中，所述保护膜包括从氧化铝、氧化硅、氧化铪、氧化锆、氧化镧、氧化钨、氮化硼、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯基苯酚、聚三乙烯三甲基环三硅氧烷(pV3D3)以及聚四乙烯四甲基环四硅氧烷(pV4D4)中选取的任意一种。
15.一种n掺杂的石墨烯，包括：
石墨烯层；以及
被形成在所述石墨烯层的上表面和下表面的一部分或全部上的氟层，
其中所述氟层是通过使所述石墨烯层暴露于氟化铵(NH4F)来形成的，
其中铵离子被物理吸附至所述石墨烯层的上表面和下表面的一部分或全部或者被物理吸附至所述石墨烯层的碳原子之间的缺陷；并且
其中，所述使所述石墨烯层暴露于所述氟化铵(NH4F)是使用从下列工艺中选取的任一工艺或两个或更多个工艺的组合来实现的：将石墨烯层浸入到氟化铵(NH4F)水溶液中的工艺；将氟化铵(NH4F)水溶液喷洒到石墨烯层上的工艺；使石墨烯层暴露于氟化铵(NH4F)蒸气的工艺；以及用氟化铵(NH4F)水溶液对石墨烯层进行旋涂的工艺。
16.如权利要求15所述的n掺杂的石墨烯，其中，所述石墨烯层的一部分碳原子用吡咯型氮、吡啶型氮或石墨型氮取代。
17.一种电气器件，包括：
权利要求15或16所述的n掺杂的石墨烯；
衬底，其具有形成在其上表面上的n掺杂的石墨烯；以及
电极。
18.如权利要求17所述的电气器件，其中，所述衬底包括氮化硅、氧化硅、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺。
19.如权利要求17所述的电气器件，其中，晶体管的沟道由n掺杂的石墨烯形成，源极和漏极由电极形成，栅电极进一步形成在所述衬底的下表面上，由此形成场效应晶体管。
20.如权利要求19所述的电气器件，其中，所述栅电极包括具有高浓度掺杂的硅层的全局背栅。
21.如权利要求17所述的电气器件，还包括形成在所述n掺杂的石墨烯的上表面上的保护膜。
22.如权利要求21所述的电气器件，其中所述保护膜包括从氧化铝、氧化硅、氧化铪、氧化锆、氧化镧、氧化钨、氮化硼、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯基苯酚、聚三乙烯三甲基环三硅氧烷(pV3D3)以及聚四乙烯四甲基环四硅氧烷(pV4D4)中选取的任意一种。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20151209 Address after: California, USA Applicant after: Lam Research Corp. Address before: Daejeon Metropolitan City, South Korea Applicant before: KOREA ADVANCED INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Applicant before: Lam Research Corp. |
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |