CN106660801A - 石墨烯结构及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

提供石墨烯结构。所述石墨烯结构，包括：二维基底石墨烯层(base graphene layer)，其具有缺陷；及连接材料(linking material)，提供于所述基底石墨烯层的所述缺陷。

Description

石墨烯结构及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种石墨烯结构及其制备方法，更详细地涉及包含将连接材料(linking material)提供至基底石墨烯层(base grapheme layer)的缺陷的石墨烯结构及其制备方法。
背景技术
石墨烯的结构性、化学性非常稳定，并且，因其量子力学特性而具有优异的电学特性。石墨烯的电子迁移速度比单晶硅快约100倍以上，而且，石墨烯能够流动多出铜约100倍的电流。基于以上特点，石墨烯作为取代现有材料的新一代材料而受到瞩目。
通常，所生产的大面积的石墨烯形成为多晶体(poly crystal)，在这种情况下，石墨烯的电学特性由晶粒(grain)及晶界(grain boundary)的形状及数量所决定。因此，在韩国公开专利10-2013-0089041(申请号10-2012-0010384)中公开了，为制备在石墨烯层的内部不包含晶界的单晶体形态的石墨烯层，从石墨烯种子层开始向一个方向形成石墨烯层的方法。
但是，因制备单晶石墨烯层的工艺条件苛刻且制备收率存在问题，因此，当前的状态是需要进行提高多晶石墨烯层的特性的研发。
发明内容
技术问题
本发明要解决的一技术问题在于，提供一种高可靠性的石墨烯结构及其制备方法。
本发明要解决的另一技术问题在于，提供一种具有高导电性的石墨烯结构及其制备方法。
本发明要解决的又一技术问题在于，提供一种具有优异的机械特性的石墨烯结构及其制备方法。
本发明要解决的又一技术问题在于，提供一种具有高导热率特性的石墨烯结构及其制备方法。
本发明要解决的又一技术问题在于，提供一种具有超低的气体渗透率特性的石墨烯结构及其制备方法。
本发明要解决的又一技术问题在于，提供一种具有高透光率、高柔韧性特性的石墨烯结构及其制备方法。
本发明要解决的又一技术问题在于，提供一种具有优于多晶石墨烯的特性的石墨烯结构及其制备方法。
本发明要解决的又一技术问题在于，提供一种在基底石墨烯层的缺陷上选择性地提供有连接材料的石墨烯结构及其制备方法。
本发明要解决的技术问题，并非限定于上述问题。
技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供一种石墨烯结构。
根据一实施例，所述石墨烯结构，包括：基底石墨烯层(base graphene layer)，其具有缺陷(defect)；连接材料(linking material)，提供于所述基底石墨烯层的所述缺陷。
根据一实施例，所述连接材料能够同与所述缺陷邻近的所述基底石墨烯层的碳原子结合。
根据一实施例，能够将所述连接材料选择性地(selectively)提供于所述基底石墨烯层的所述缺陷。
根据一实施例，所述基底石墨烯层的所述缺陷包括晶界(grainboundary)、点缺陷(point defect)、线缺陷(line defect)、或sp3杂化类型缺陷(sp3 hybridization typedefect)中的至少任一个。
根据一实施例，所述基底石墨烯层为多晶(poly crystalline)。
根据一实施例，与所述缺陷邻近的所述基底石墨烯层的碳原子具有悬挂键(dangling bond)，并且，所述连接材料能够对所述悬挂键(dangling bond)进行钝化(passivation)处理。
根据一实施例，所述石墨烯结构，包括：第一部分，由所述基底石墨烯层构成并具有第一厚度；及第二部分，由连接材料构成并具有厚度厚于所述第一厚度的第二厚度。
根据一实施例，与所述缺陷邻近的所述基底石墨烯层的碳原子，通过所述连接材料互相连接。
根据一实施例，相比多晶二维石墨烯层，所述石墨烯结构具有更高的迁移率、更高的导热率及较低的气体渗透率。
根据一实施例，所述石墨烯结构具有高于多晶二维石墨烯层的硬度。
根据一实施例，所述石墨烯结构的空穴(hole)及电子的迁移率相比多晶二维石墨烯层的空穴(hole)与电子的迁移率更加均匀(homogeneous)。
根据一实施例，所述基底石墨烯层包括多个所述缺陷，并且，多个所述连接材料提供于所述多个缺陷，而且，所述多个连接材料由相同的材料形成。
用于解决上述技术问题，本发明提供一种石墨烯结构的制备方法。
根据一实施例，所述石墨烯结构的制备方法，包括以下步骤：准备基板(basesubstrate)；在所述基板上，形成具有缺陷的二维基底石墨烯层(base graphene layer)；向所述基底石墨烯层上提供原料(source)，从而，向所述基底石墨烯层的所述缺陷提供连接材料(linking material)。
根据一实施例，提供所述连接材料的步骤能够通过原子层沉积方法进行。
根据一实施例，能够基于所述原子层沉积法的工艺温度，而调节所述石墨烯结构的表面电阻及迁移率。
根据一实施例，所述原子层沉积法的工艺温度能够为180℃以下。
根据一实施例，多次执行向所述基底石墨烯层提供原料的步骤，并且，基于执行向所述基底石墨烯层提供原料的步骤的次数，而调节所述石墨烯结构的电阻。
根据一实施例，所述连接材料能够选择性地提供于所述基底石墨烯层的所述缺陷。
根据一实施例，所述石墨烯结构的制备方法，还包括如下步骤；在进行将前驱体提供于所述基板上的步骤之前，将所述基底石墨烯层转印(transfer)至基板上。
根据一实施例，所述石墨烯结构的制备方法，还包括如下步骤，将所述连接材料提供于所述基底石墨烯层的所述缺陷之后，将所述基底石墨烯层及所述连接材料转印(transfer)至其它基板。
技术效果
基于本发明的实施例的石墨烯结构，包括：基底石墨烯层，其具有缺陷；连接材料，提供于所述基底石墨烯层的所述缺陷。通过提供于所述缺陷的连接材料，高导电性等多种特性得到提高，并且，能够提供具有优于多晶石墨烯的特性的高可靠性的石墨烯结构。
附图说明
图1为说明本发明的实施例的石墨烯结构及其制备方法的附图；
图2a为图1中X-X′截面的一实施例的附图；
图2b为图1中X-X′截面的另一实施例的附图；
图3为说明本发明的实施例的石墨烯结构及其制备方法的模式图；
图4为说明本发明的实施例的石墨烯结构的制备方法的顺序图；
图5a至图5b为说明本发明的实施例的石墨烯结构的制备方法的一变形例的附图；
图6a至图6b为说明本发明的实施例的石墨烯结构的制备方法的另一变形例的附图；
图7为说明本发明的实施例的石墨烯结构的扫描电子显微(SEM)照片；
图8为说明本发明的实施例的基于原子层沉积的工艺次数的石墨烯结构的表面电阻的图表；
图9为说明本发明的实施例的基于原子层沉积的工艺温度的石墨烯结构的表面电阻的图表；
图10为说明本发明的实施例的运用石墨烯结构而制造的晶体管的电流-电压特性的图表；
图11为说明本发明的实施例的石墨烯结构的透光率的图表；
图12为说明本发明的实施例的比较例的石墨烯层的空穴及电子迁移率的附图；
图13为说明本发明的实施例的石墨烯结构的空穴及电子的迁移率的附图；
图14为说明本发明的实施例的比较例的测量石墨烯层的电阻的附图；
图15为说明本发明的实施例的测量石墨烯结构的电阻的附图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的优选的实施例进行具体说明。但是，本发明的技术思想并非限定于在此所述的实施例，也能够具体化为其它形式。相反，在此所述的实施例是为了使得所公开的内容彻底且完整，并向普通技术人员更充分地说明本发明的思想而提供。
本说明书中，对于言及一种构成要素处于其它构成要素上的情况，是指其能够直接形成于其它构成要素，或者，之间也能够介入第三构成要素。并且，在附图中，对层及区域的厚度进行夸张显示，以用于有效地说明技术内容。
并且，本发明的多个实施例中使用第一、第二、第三等术语，以用于描述多个构成要素，但这些构成要素并非限定于此类术语。这些术语仅用于将一个构成要素与其它的构成要素区分开。由此，一个实施例中所言及的第一构成要素，在另一实施例中能够言及为第二构成要素。在此所说明并示例的各实施例也包括与其互补的实施例。另外，本说明书中的“及/或”使用为包括前后所列的构成要素中的至少一个的含义。
本说明书中，在文中未作明确表示的，单数的表达也包括复数形式。并且，“包含”及“具有”等术语，用于指出存在记载于说明书的特征、数字、步骤、构成要素、或特征、数字、步骤、构成要素的组合，但不排除存在或附加有一个或一个以上其它的特征、数字、步骤、构成要素或特征、数字、步骤、构成要素组合的可能性。并且，本说明书中的“连接”，是指将多个构成要素间接连接及直接连接的全部情况。
并且，在下面的对于本发明的说明中，在判断对于相关的公知功能及其结构的具体的说明为非必需的且混淆本发明的要旨的情况，将省略其具体说明。
图1为说明本发明的实施例的石墨烯结构及其制备方法的附图，图2a为图1中X-X′截面的一实施例的附图，图2b为图1中X-X′截面的另一实施例的附图，图3为说明本发明的实施例的石墨烯结构及其制备方法的模式图。
具体地，图1的(a)、图2a的(a)、图2b的(a)，及图3的(a)为显示具有本发明的实施例的缺陷的基底石墨烯层的附图，图1的(b)、图2a的(b)、图2b的(b)，及图3的(b)分别为显示向图1的(a)、图2a的(a)、图2b的(a)，及图3的(a)所图示的基底石墨烯层的缺陷提供连接材料后的附图。
参照图1至图3，本发明的实施例的石墨烯结构包括：基底石墨烯层GR1～GR3(basegraphene layer)；及连接材料LM(linking material)。
所述基底石墨烯层GR1～GR3为二维(2-dimensional)石墨烯层。根据一实施例，所述基底石墨烯层GR1～GR3能够通过化学气相沉积法形成。本发明的实施例的所述基底石墨烯层GR1～GR3能够通过其它方法形成，并且，所述基底石墨烯层GR1～GR3的形成方法并非限定于化学气相沉积法。
根据一实施例，所述基底石墨烯层GR1～GR3能够为多晶(poly crystalline)石墨烯层。与此不同，根据另一实施例，所述基底石墨烯层GR1～GR3能够为单晶(singlecrystal)石墨烯层。
所述基底石墨烯层GR1～GR3能够具有缺陷DF(defect)。所述基底石墨烯层GR1～GR3的所述缺陷DF，能够为与存在于所述基底石墨烯层GR1～GR3的空位(vacancy)相同的点缺陷(point defect)，或者，所述基底石墨烯层GR1～GR3的所述缺陷DF，能够为存在于所述基底石墨烯层GR1～GR3内的线缺陷(1ine defect)。
或者，所述基底石墨烯层GR1～GR3的所述缺陷DF，如图2b的(a)所示，能够为sp3杂化类型的缺陷(sp3 hybridization type defect)。
或者，所述基底石墨烯层GR1～GR3的所述缺陷DF能够为晶界(grain boundary)，其中，该晶界(grain boundary)存在于第一晶体取向(hrst crystal orientation)的第一石墨烯晶粒(GR1，first graphene grain)与不同于所述第一晶体取向的第二晶体取向的第二石墨烯晶粒(GR2)之间；不同于所述第一及第二晶体取向的第三晶体取向的第三石墨烯晶粒GR3与所述第一石墨烯晶粒GR1之间；以及，所述第二石墨烯晶粒GR2与所述第三石墨烯晶粒GR3之间。
连接材料LM能够提供于所述基底石墨烯层GR1～GR3的所述缺陷DF。根据本发明的实施例，所述连接材料LM能够选择性地提供于所述基底石墨烯层GR1～GR3的所述缺陷DF。即，所述连接材料LM提供于所述基底石墨烯层GR1～GR3的所述缺陷DF，而非提供于不存在所述缺陷DF的所述基底石墨烯GR1～GR3的一部分。
在所述基底石墨烯层GR1～GR3内存在多个缺陷DF的情况下，多个所述连接材料LM能够提供于所述多个缺陷DF。根据一实施例，所述多个连接材料LM由相同的材料形成。或者，根据另一实施例，所述多个连接材料LM由不同的材料形成。
所述连接材料LM，能够同与所述缺陷DF邻近的所述基底石墨烯层GR1～GR3的碳原子(构成所述缺陷DF的碳原子)结合。换言之，与所述缺陷DF邻近的所述基底石墨烯层GR1～GR3的碳原子具有悬挂键(dangling bond)，并且，所述连接材料LM能够同与所述缺陷DF邻近的碳原子的悬挂键结合。换言之，所述连接材料LM能够对所述基底石墨烯层GR1～GR3的悬挂键进行钝化(passivation)处理。因而，所述连接材料LM能够使与所述缺陷DF邻近的碳原子互相连接。
所述连接材料LM，能够由易于与所述基底石墨烯层GR1～GR3的悬挂键结合的材料形成。根据一实施例，所述连接材料LM能够由具有类似于所述基底石墨烯层GR1～GR3的结构的六方晶系(hexagonal system)的材料形成。例如，所述连接材料LM能够由具有六方纤锌矿型结构(hexagonal wurtzite structure)的氧化锌(ZnO)形成。由此，能够提高包括将所述连接材料LM提供至所述基底石墨烯层GR1～GR3的所述缺陷DF的石墨烯结构的特性。
或者，以其它例子为例，所述连接材料LM，至少包括氧化锌(ZnO)、A1-ZnO、氧化铝(Al2O3)、二氧化钛(TiO2)、Al2O3-TiO2纳米多层膜(nanolaminate)、ZnO-TiO2纳米多层膜(nanolaminate)、NiS、TiS、三硫化锑(Sb2S3)、Zn-HQ、Zn-4MP、Zn-BDT、Al-HQ、Al-4MP、Al-BDT、Ti-HQ、Ti-4MP，或者Ti-BDT中的至少任一个。以其它例子为例，所述连接材料LM能够由有机物形成。
所述连接材料LM的厚度能够厚于所述基底石墨烯层GR1～GR3的厚度。例如，在所述基底石墨烯层GR1～GR3的厚度约为1nm的情况下，所述连接材料LM的厚度能够约为3nm。因而，根据本发明的一实施例的石墨烯结构，包括：第一部分，由所述基底石墨烯层GR1～GR3构成并具有第一厚度；第二部分，由连接材料LM构成并具有厚度厚于所述第一厚度的第二厚度。
包括将所述连接材料LM提供至所述基底石墨烯层GR1～GR3的所述缺陷DF的石墨烯结构的空穴及电子的迁移率(mobility)，高于多晶二维石墨烯层的空穴及电子的迁移率。换言之，形成有所述连接材料LM的所述基底石墨烯层GR1～GR3的空穴及电子的迁移率，高于未形成有所述连接材料LM的所述基底石墨烯层GR1～GR3的空穴及电子的迁移率。
包括将所述连接材料LM提供至所述基底石墨烯层GR1～GR3的所述缺陷DF的石墨烯结构的空穴(hole)及电子的迁移率(mobility)，相比多晶二维石墨烯层的空穴及电子的迁移率更加均匀(homogeneous)。换言之，形成有所述连接材料LM的所述基底石墨烯层GR1～GR3的空穴及电子的迁移率，比未形成有所述连接材料LM的所述基底石墨烯层GR1～GR3的空穴及电子的迁移率更加均匀。
包括将所述连接材料LM提供至所述基底石墨烯层GR1～GR3的所述缺陷DF的石墨烯结构的硬度(hardness)，高于多晶二维石墨烯层的硬度。即，形成有所述连接材料LM的所述基底石墨烯层GR1～GR3的硬度，高于未形成有所述连接材料LM的所述基底石墨烯层GR1～GR3的硬度。
包括将所述连接材料LM提供至所述基底石墨烯层GR1～GR3的所述缺陷DF的石墨烯结构的导热率(thermal conductivity)，高于多晶二维石墨烯层的导热率。换言之，形成有所述连接材料LM的所述基底石墨烯层GR1～GR3的导热率，高于未形成有所述连接材料LM的所述基底石墨烯层GR1～GR3的导热率。
包括将所述连接材料LM提供至所述基底石墨烯层GR1～GR3的所述缺陷DF的石墨烯结构的气体渗透率(vapor transmission rate)，低于多晶二维石墨烯层的气体渗透率。换言之，形成有所述连接材料LM的所述基底石墨烯层GR1～GR3的气体渗透率，低于未形成有所述连接材料LM的所述基底石墨烯层GR1～GR3的气体渗透率。
即使将所述连接材料LM提供于所述基底石墨烯层GR1～GR3的所述缺陷DF，也不会降低所述石墨烯结构的透光率(optical transmittance)。换言之，形成有所述连接材料LM的所述基底石墨烯层GR1～GR3的透光率，实质上(substantially)能够等于未形成有所述连接材料LM的所述基底石墨烯层GR1～GR3的透光率。
即使将所述连接材料LM提供于所述基底石墨烯层GR1～GR3的所述缺陷DF，也不会降低所述石墨烯结构的柔韧性(flexibility)。或者与此不同，包括将所述连接材料LM提供至所述基底石墨烯层GR1～GR3的所述缺陷DF的石墨烯结构的柔韧性(flexibility)，高于多晶二维石墨烯层的柔韧性。换言之，形成有所述连接材料LM的所述基底石墨烯层GR1～GR3的柔韧性，能够等于或高于未形成有所述连接材料LM的所述基底石墨烯层GR1～GR3的柔韧性。
除上述的电子及空穴的迁移率、电子及空穴的迁移率的均匀性、硬度、导热率、气体渗透率、透光率，及柔韧性之外，根据所述连接材料LM的特性，形成有所述连接材料LM的所述基底石墨烯层GR1～GR3的其它特性，能够优于未形有成所述连接材料的所述基底石墨烯层GR1～GR3的特性。
本发明的实施例的石墨烯结构，包括：所述基底石墨烯层GR1～GR3；连接材料LM，提供于所述基底石墨烯层GR1～GR3的所述缺陷DF。因而，能够提供具有高导热率的高可靠性的石墨烯结构。
假设，在所述连接材料未提供至形成为多晶的所述基底石墨烯层的所述缺陷提供LM的情况下，因存在于所述基底石墨烯层GR1～GR3内的包含晶界(grain boundary)的所述缺陷DF，而降低所述基底石墨烯层GR1～GR3的电学性、机械性、化学性特性。
但是，如上文所述，根据本发明的实施例，通过将所述连接材料提供至所述基底石墨烯层GR1～GR3的所述缺陷DF，而提供具有优于多晶石墨烯的特性的石墨烯结构。
下面，详细说明本发明的实施例的石墨烯结构的制备方法。
图4为说明本发明的实施例的石墨烯结构的制备方法的顺序图。
参照图1及图4，准备有基板100。例如，所述基板100能够为金属基板、半导体基板，或塑料基板中的任一个。所述基板100能够是柔软的。
所述基底石墨烯层GR1～GR3能够形成在所述基板100上(S120)。所述基底石墨烯层GR1～GR3，如参照图1至图3所说明，二维形成于所述基板100的上面，并具有所述缺陷DF。根据一实施例，所述基底石墨烯层GR1～GR3能够通过化学气相沉积法形成。
通过向所述基底石墨烯层GR1～GR3上提供原料(source)，从而，向所述基底石墨烯层GR1～GR3的所述缺陷DF提供(S130)所述连接材料LM。为将所述连接材料LM选择性地提供至所述缺陷DF，能够根据所使用的所述原料的类型，而调节供形成所述连接材料LM的工艺温度及/或压力。
为形成所述连接材料LM，能够多次执行向所述基底石墨烯层GR1～GR3上提供原料的步骤。根据一实施例，基于执行向所述基底石墨烯层GR1～GR3上提供原料的步骤的次数，能够相应地减少形成有所述连接材料LM的所述石墨烯层GR1～GR3的电阻。根据一实施例，在为形成所述连接材料LM而多次执行的向所述基底石墨烯层GR1～GR3上提供原料的步骤中，能够以相同的原料执行。
根据一实施例，通过原子层沉积法而进行向所述基底石墨烯层GR1～GR3的所述缺陷DF提供连接材料LM的步骤。例如，采用二乙基锌(diethylzinc(DEZ))与去离子水(deionized water(H2O))，并运用原子层沉积法而形成所述连接LM材料。在此情况下，供应二乙基锌(diethylzinc(DEZ))与去离子水(deionized water(H2O))的步骤通过将多个步骤作为一个单位工艺而执行多次，其中，一个单位工艺，包括以下步骤：提供二乙基锌(diethylzinc(DEZ))；采用惰性气体(purge gas)净化；提供H2O；及采用惰性气体净化。
如上所述，所述连接材料LM由采用原子层沉积法的氧化锌形成，在超过180℃的工艺温度中形成的情况下，由氧化锌形成的所述连接材料LM，其内的氧空位(oxygenvacancy)减少，从而减少中间能隙缺陷(midgap state defect)。因而，所述连接材料LM的载流子浓度降低，使得将所述连接材料LM提供至所述基底石墨烯层GR1～GR3的所述缺陷DF的石墨烯结构的表面电阻能够增大。因而，根据本发明的实施例，所述连接材料LM能够在低于180℃的工艺温度下通过原子层沉积法形成。换言之，通过调节所述连接材料LM的形成温度，能够调节所述连接材料LM的载流子浓度，其结果，调节所述石墨烯结构的电阻值。
与所述基底石墨烯层GR1～GR3的所述缺陷DF邻近的碳原子具有悬挂键，并且，所述悬挂键能够提供结合位点(site)。因而，供形成所述连接材料LM而提供的原料与提供所述结合位点的碳原子选择性地反应，从而，能够将所述连接材料LM选择性地(selectively)提供至所述石墨烯层GR1～GR3的所述缺陷DF。
在形成所述连接材料LM之前，或者，在形成所述连接材料LM之后，所述基底石墨烯层GR1～GR3能够转印(transfer)至其它基板。下面，参照图5a至图5b，及图6a至图6b进行说明。
图5a至图5b为说明本发明的实施例的石墨烯结构的制备方法的一变形例的附图。
参照图5a，在基板100上形成基底石墨烯层110。所述基底石墨烯层110，如参照图1所说明，能够具有缺陷(defect)。
参照图5b，在形成参照图1至图4所说明的连接材料之前，所述基板100上的所述基底石墨烯层110能够转印至其它基板102。将所述基底石墨烯层110转印至其它基板102，包括以下步骤：在所述基底石墨烯层110上形成牺牲层(例如，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA))；将所述基板100由所述基底石墨烯层110去除；将所述基底石墨烯层110及所述牺牲层配置于所述其它基板102；及，去除所述牺牲层。例如，在所述牺牲层为PMMA的情况下，能够采用丙酮而去除所述牺牲层。
在将所述基底石墨烯层110转印至所述其它基板102之后，通过参照图4所说明的方法，向所述基底石墨烯层110提供原料130，而形成将连接材料提供至所述基底石墨烯层110的所述缺陷的石墨烯结构。
图6a至图6b为说明本发明的实施例的石墨烯结构的制备方法的另一变形例的附图。
参照图6，如参照图5a所说明，所述基板100上形成有所述基底石墨烯层110。在所述基板100上的所述基底石墨烯层110，参照图4所说明的方法，通过提供原料而形成将所述连接材料提供至所述基底石墨烯层110的所述缺陷的石墨烯结构112。
参照图6b，在形成所述连接材料之后，所述石墨烯结构112能够转印(transfer)至另一基板102。所述石墨烯结构112，以与参照图5b所说明的转印基底石墨烯层的方法相同的方法，转印至另一基板102。
下面，说明本发明的实施例的石墨烯结构的特性的测试结果。
图7为说明本发明的实施例的石墨烯结构的扫描电子显微(SEM)照片。
参照图7，通过化学气相沉积法(CVD)在铜薄层上形成了多晶石墨烯层。在形成所述石墨烯层之后，运用原子层沉积法(ALD)，并将diethylzinc(DEZ)与deionized water(H2O)采用为原料，而在所述石墨烯层的缺陷上形成ZnO连接材料。
具体地，通过将diethylzinc(DEZ)与deionized water(H2O)在25℃蒸发而提供于所述石墨烯层。此外，为了将ZnO选择性地(selectively)提供于所述石墨烯层的所述缺陷，将多个步骤作为一个单位工艺而执行了十次、二十次、三十次，其中，该单位工艺，包括以下步骤；在250mTorr下，在diethylzinc(DEZ)裸露五秒；采用氩(Ar)气净化(purge)六十秒；在H2O裸露五秒；采用Ar气净化(purge)六十秒。随着所述单位工艺的执行，能够确认ZnO选择性地形成于所述石墨烯层的所述缺陷上。
图8为说明本发明的实施例的基于原子层沉积工艺次数的石墨烯结构的表面电阻的图表。
参照图8，在二氧化硅(SiO2)及聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)上，参照图7所说明的方法，形成本发明的实施例的石墨烯结构，并且，通过采用DEZ及H2O的原子层沉积法而形成作为连接材料的ZnO，并基于原子层沉积的工艺次数而测量表面电阻。
如图8所示，随着反复执行供形成作为连接材料的ZnO的原子层沉积工艺，能够由此确认，石墨烯结构的表面电阻逐渐减小。随着反复执行原子层沉积工艺的次数的增加，表面电阻的衰减量逐渐减小，并且，当反复进行原子层沉积工艺的次数达到25次以上时，表面电阻的衰减量实质上为0，从而能够确认其饱和。即，为了将ZnO提供至所述石墨烯层的缺陷而反复进行原子层沉积工艺，能够确认到，是减少表面电阻的有效的方法。
图9为说明本发明的实施例的基于原子层沉积的工艺温度的石墨烯结构的表面电阻的图表。
参照图9，在硅基板上，参照图7所说明的方法，形成本发明的实施例的石墨烯结构，并且，通过采用DEZ及H2O的原子层沉积法而形成作为连接材料的ZnO，并基于原子层沉积的工艺温度而测量表面电阻。
如图9所示，能够确认到，根据供形成作为连接材料的ZnO的原子层沉积的工艺温度，而调节石墨烯结构的表面电阻及迁移率。尤其，在原子层沉积的工艺温度在180℃以下的范围时，随着原子层沉积的工艺温度的升高，表面电阻减小，迁移率增大。相反，在原子层沉积的工艺温度超过180℃的范围时，随着原子层沉积的工艺温度的升高，表面电阻增大，迁移率减小。换言之，通过调节原子层沉积的工艺温度，能够调节石墨烯结构的表面电阻及/或迁移率，具体地，能够确认，将原子层沉积的工艺温度确定在180℃以下，是减小表面电阻并增加迁移率的有效的方法。
图10为说明本发明的实施例的运用石墨烯结构而制造的晶体管的电流-电压特性的图表。
参照图10，根据本发明的实施例，制造了晶体管，该晶体管包括：有源层(activelayer)，由包括作为连接材料的ZnO的石墨烯结构形成；栅绝缘层(gate insulatinglayer)，由Al2O3形成；以及源极、漏极，及栅极，由金(Au)而形成。根据本发明的实施例的比较例，制造了晶体管，包括：有源层(active layer)，由通过化学气相沉积法而形成的不存在作为连接材料的ZnO的多晶石墨烯层形成；栅绝缘层，由Al2O3形成；以及源极、漏极，及栅极，由Au而形成。
根据比较例的晶体管，因作为有源层使用的石墨烯层的内部存在的晶界等缺陷，能够确认到，其电流-电压特性低。相反，根据实施例，对于将连接材料的ZnO提供至石墨烯层的缺陷的石墨烯结构作为有源层使用的晶体管，能够确认到，相比比较例的晶体管，具有更高的迁移率，更优的电流-电压特性。即，根据本发明的实施例，将连接材料选择性地提供至石墨烯层的缺陷而制备出的石墨烯结构，能够有效地运用于晶体管等多种电子元件。
图11为说明本发明的实施例的石墨烯结构的透明度/透光率的图表。
参照图11，基于波长测量了根据本发明的实施例的包括连接材料的ZnO的石墨烯结构与根据本发明的实施例的比较例的通过化学气相沉积法所制备的未包含连接材料的ZnO的石墨烯层的透光率。如图11所示，即使将ZnO选择性地提供至石墨烯层的缺陷，能够确认到，基于波长的透光率也不会产生明显变化。即，根据本发明的实施例，将连接材料选择性地提供至石墨烯层的缺陷而制备出的石墨烯结构，能够有效地运用于透明的电子元件。
图12为说明本发明的实施例的比较例的石墨烯层的空穴及电子的迁移率的附图，图13为说明本发明的实施例的石墨烯结构的空穴及电子的迁移率的附图。
参照图12及图13，根据本发明的实施例的比较例的通过化学气相沉积法所制备的未包含连接材料的ZnO的石墨烯层的空穴及电子的迁移率约在3000～7000cm2V-1S-1的范围内广泛分布。相反，根据本发明的实施例的包含作为连接材料的ZnO的石墨烯结构空穴及电子的迁移率为明显高于比较例的石墨烯层的空穴及电子的迁移率的约25,000cm2V-1S-1及约26,800cm2V-1S-1。另外，根据本发明的实施例的石墨烯结构的空穴及电子的迁移率具有比根据比较例的石墨烯结构的空穴及电子的迁移率显著均匀(homogeneous)的值。即，根据本发明的实施例而将连接材料提供至石墨烯层的缺陷，是提高元件的可靠性的有效的方法。
图14为说明本发明的实施例的比较例的测量石墨烯层的电阻的附图，图15为说明本发明的实施例的测量石墨烯结构的电阻的附图。
参照图14及图15，根据本发明的实施例的比较例的通过化学气相沉积法所制备的未包含连接材料的ZnO的石墨烯层，测量出其晶粒内部(intra grain)的电阻具有定值，但是，测量出其不同的晶粒间(inter grain)的电阻因晶界(grain boundary)而具有明显的高值(实质上无限大的值)。
相反，所测量出的根据本发明的实施例的包含连接材料的ZnO的石墨烯结构的晶粒内部(intra grain)的电阻，低于比较例的石墨烯层。尤其，本发明的实施例的石墨烯结构中，不同的晶粒间(inter grain)的电阻具有高于晶粒内部的电阻的值，但是，显著地低于比较例的石墨烯层。即，由此确认，通过将连接材料提供至本发明的实施例的石墨烯层的晶界(grain boundary)，能够显著地减小晶粒间的电阻。
综上，参照优选的实施例，对本发明进行了详细说明，但，本发明的范围并非限定于特定实施例，而应基于权利要求的范围解释。此外，应当理解，本领域的普通技术人员能够在不脱离本发明的范围的情况下，进行大量的修改与变形。
工业实用性
本发明的实施例的石墨烯结构及其制备方法，能够构成多种薄膜晶体管等多种半导体元件，并且，运用于多种电子装置。

Claims (20)

1.一种石墨烯结构，其特征在于，包括：
基底石墨烯层，其具有缺陷；及
连接材料，提供于所述基底石墨烯层的所述缺陷。
2.根据权利要求1所述的石墨烯结构，其特征在于，
所述连接材料同与所述缺陷邻近的基底石墨烯层的碳原子结合。
3.根据权利要求1所述的石墨烯结构，其特征在于，
所述连接材料选择性地提供于所述基底石墨烯层的所述缺陷。
4.根据权利要求1所述的石墨烯结构，其特征在于，
所述基底石墨烯层的所述缺陷包括晶界、点缺陷、线缺陷、或sp3杂化类型缺陷中的至少任一个。
5.根据权利要求1所述的石墨烯结构，其特征在于，
所述基底石墨烯层为多晶体。
6.根据权利要求1所述的石墨烯结构，其特点在于，
与所述缺陷邻近的所述基底石墨烯层的碳原子具有悬挂键，
并且，所述连接材料对所述悬挂键进行钝化处理。
7.根据权利要求1所述的石墨烯结构，其特征在于，包括：
第一部分，由所述基底石墨烯层构成并具有第一厚度；及
第二部分，由所述连接材料构成并具有厚度厚于所述第一厚度的第二厚度。
8.根据权利要求1所述的石墨烯结构，其特征在于，
与所述缺陷邻近的所述基底石墨烯层的碳原子，通过所述连接材料互相连接。
9.根据权利要求1所述的石墨烯结构，其特征在于，
相比多晶二维石墨烯层，所述石墨烯结构具有更高的迁移率、更高的导热率，及较低的气体渗透率。
10.根据权利要求1所述的石墨烯结构，其特征在于，
所述石墨烯结构具有高于多晶二维石墨烯层的硬度。
11.根据权利要求1所述的石墨烯结构，其特征在于，
所述石墨烯结构的空穴及电子的迁移率比多晶二维石墨烯层的空穴及电子的迁移率更加均匀。
12.根据权利要求1所述的石墨烯结构，其特征在于，
所述基底石墨烯层包括多个所述缺陷，
并且，多个所述连接材料提供于所述多个缺陷，
而且，所述多个连接材料由相同的材料形成。
13.一种石墨烯结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
准备基板；
在所述基板上，形成具有缺陷的二维基底石墨烯层；及
向所述基底石墨烯层上提供原料，从而，向所述基底石墨烯层的所述缺陷提供连接材料。
14.根据权利要求13所述的石墨烯结构的制备方法，其特征在于，
提供所述连接材料的步骤通过原子层沉积法进行。
15.根据权利要求14所述的石墨烯结构的制备方法，其特征在于，
根据所述原子层沉积法的工艺温度，而调节所述石墨烯结构的表面电阻及迁移率。
16.根据权利要求14所述的石墨烯结构的制备方法，其特征在于，
所述原子层沉积法的工艺温度为180℃以下。
17.根据权利要求13所述的石墨烯结构的制备方法，其特征在于，
多次执行向所述基底石墨烯层提供原料的步骤，
并且，基于执行向所述基底石墨烯层上提供原料的步骤的次数，而调节所述石墨烯结构的电阻。
18.根据权利要求13所述的石墨烯结构的制备方法，其特征在于，
所述连接材料选择性地提供于所述基底石墨烯层的所述缺陷。
19.根据权利要求13所述的石墨烯结构的制备方法，其特征在于，还包括如下步骤：
在进行将所述原料提供至所述基底石墨烯层的步骤之前，将所述基底石墨烯层转印至基板上。
20.根据权利要求13所述的石墨烯结构的制备方法，其特征在于，还包括如下步骤：
将所述连接材料提供至所述基底石墨烯层的所述缺陷之后，将所述基底石墨烯层及所述连接材料转印至其它基板。
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