DE112012004791B4

DE112012004791B4 - Bilden von mit einem Muster versehenen Graphen-Schichten

Info

Publication number: DE112012004791B4
Application number: DE112012004791.5T
Authority: DE
Inventors: c/o IBM T. J. Watson Research Martyna Glenn J.; c/o IBM T. J. Watson Research Cente Afzali-Ardakani Ali; c/o IBM T. J. Watson Research Ce Maarouf Ahmed; c/o IBM T. J. Watson Research Saenger Katherine
Original assignee: Egypt Nanotechnology Center EGNC; International Business Machines Corp
Current assignee: Egypt Nanotechnology Center EGNC; International Business Machines Corp
Priority date: 2011-12-05
Filing date: 2012-11-16
Publication date: 2018-01-04
Anticipated expiration: 2032-11-17
Also published as: DE112012004791T5; US20150235730A1; WO2013085696A1; CN104023993B; US20150279677A1; US9786405B2; US20130143000A1; CN104023993A; US9646833B2; US9102118B2

Abstract

Verfahren zum Bilden einer mit einem Muster versehenen Graphen-Schicht auf einem Substrat, das aufweist: Bilden von wenigstens einer mit einem Muster versehenen Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung auf einem Substrat; Anbringen einer Schicht aus Graphen auf der Oberseite der wenigstens einen mit einem Muster versehenen Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung auf dem Substrat; Erwärmen der Schicht aus Graphen auf der Oberseite der wenigstens einen mit einem Muster versehenen Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung in einer Umgebung, um Bereiche aus Graphen benachbart zu der wenigstens einen mit einem Muster versehenen Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung zu entfernen; und Entfernen der wenigstens einen mit einem Muster versehenen Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung, um eine mit einem Muster versehene Graphen-Schicht auf dem Substrat zu erzeugen, wobei die mit einem Muster versehene Graphen-Schicht auf dem Substrat eine Ladungsträgerbeweglichkeit für elektronische Einheiten bereitstellt.

Description

Gebiet der Erfindung
Ausführungsformen der Erfindung beziehen sich allgemein auf elektronische Einheiten und im Besonderen auf Graphen, das auf einer Nanoskala mit Mustern versehen ist.
Hintergrund der Erfindung
Die außerordentlich hohe intrinsische Ladungsträgerbeweglichkeit von Graphen macht es zu einem potentiell viel versprechenden Material für elektronische Einheiten für hohe Frequenzen, wie zum Beispiel rauscharme Verstärker für Kommunikationsanwendungen. Es gibt jedoch viele Anwendungen für Formen von Kohlenstoff auf einer Nanoskala, bei denen ein Nanonetz aus Graphen (GNM, Graphene NanoMesh) gegenüber einer durchgehenden Schicht aus Graphen bevorzugt sein kann.
GNM kann intrinsisch halbleitend mit einer Lücke von ungleich Null (anders als Graphen, das eine Lücke von Null mit einer verschwindenden Zustandsdichte (DOS, Density Of States) aufweist) oder quasi-metallic-artiges Graphen mit einer verschwindenden DOS bei der Fermi-Energie sein. Existierende Verfahren für ein Versehen von Nanonetzen aus Graphen mit einem Muster weisen jedoch Nachteile auf.
Zum Beispiel sind existierende Vorgehensweisen nicht auf große Gebiete skalierbar. Darüber hinaus kann Graphen in einigen existierenden Vorgehensweisen durch die Abscheidung und die Entfernung der verwendeten maskierenden Materialien degradiert werden. Ein Nachteil einer existierenden Vorgehensweise, bei der Graphen auf einer ein Carbid bildenden Metall(M)-Schicht mittels ein Carbid bildenden Reaktionen mit darüber liegenden Nanopunkten aus Metall mit einem Muster versehen wird, besteht in dem schmalen Prozessfenster für ein Versehen von Graphen mit einem Muster versus Neuwachstum von Graphen, eine Folge der Tatsache, dass eine Entfernung von Graphen mittels einer Reaktion zur Bildung eines Carbids mit den Nanopunkten über einen Mechanismus reversibel ist, bei dem der Nanopunkt aus Metall/Metallcarbid in die M-Trägerschicht wandert und sich mit dieser vereinigt, was eine ”geheilte” Graphen-Oberfläche zurück lässt, die mit Kohlenstoff neu gebildet wird, der aus dem Nanopunkt heraus gelöst wird.
Weitere existierende Vorgehensweisen, wie beispielsweise jene, die nicht ortsgebundene Nanopunkte aus Metall für ein Versehen mit einem Muster verwenden, weisen Nachteile auf, die zu einem Mangel an Mitteln zum Steuern der Bewegungsbahnen der Nanopunkte (und der Muster von entferntem Graphen, die in deren Nachlauf verbleiben) in Beziehung stehen.
Demgemäß besteht in Anbetracht der Nachteile der existierenden Vorgehensweisen ein Bedarf nach verbesserten Verfahren für ein Versehen von Graphen mit einem Muster auf einer Nanoskala.
Die US 2011/0 104 442 A1 betrifft eine Graphenbasis und ein Verfahren zur Herstellung einer Graphenfolie, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bilden einer Metallschicht auf zumindest einer Oberfläche eines Substrats; Einbinden von Kohlenstoff in die Metallschicht, um eine Metallschicht mit eingebundenem Kohlenstoff zu bilden; und thermisches Behandeln des Substrats und der Metallschicht mit eingebundenem Kohlenstoff bei einer Temperatur von 350-1.300°C für 0.01 bis 1 Stunde, um den Kohlenstoff aus der Metallschicht herauszudiffundieren, wodurch auf gegenüberliegenden Oberflächen der Metallschicht eine erste und eine zweite Graphenfolie gebildet werden. Die Graphenbasis weist ein Substrat, eine erste Graphenfolie direkt auf einer Oberfläche des Substrats, eine auf der ersten Graphenfolie aufgebrachte Metallschicht und eine zweite, auf der Metallschicht aufgebrachte Graphenfolie, wobei zumindest die erste Graphenfolie eine Graphenfolie ist, die durch das Verfahren gewonnen werden kann, auf.
Kurzdarstellung der Erfindung
In einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Bilden einer mit einem Muster versehenen Graphen-Schicht auf einem Substrat bereitgestellt. Das Verfahren beinhaltet die Schritte eines Bildens von wenigstens einer mit einem Muster versehenen Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung auf einem Substrat, eines Anbringens einer Schicht aus Graphen auf der Oberseite der wenigstens einen mit einem Muster versehenen Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung auf dem Substrat, eines Erwärmens der Schicht aus Graphen auf der Oberseite der wenigstens einen mit einem Muster versehenen Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung in einer Umgebung, um Bereiche aus Graphen benachbart zu der wenigstens einen mit einem Muster versehenen Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung zu entfernen, sowie eines Entfernens der wenigstens einen mit einem Muster versehenen Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung, um eine mit einem Muster versehene Graphen-Schicht auf dem Substrat zu erzeugen, wobei die mit einem Muster versehene Graphen-Schicht auf dem Substrat eine Ladungsträgerbeweglichkeit für elektronische Einheiten bereitstellt.
Ein weiteres Verfahren zum Bilden einer mit einem Muster versehenen Graphen-Schicht auf einem Substrat beinhaltet ein Anbringen von Graphen auf der Oberseite eines Substrats, um eine Schicht aus Graphen auf dem Substrat zu bilden, ein Bilden von wenigstens einer mit einem Muster versehenen Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung, ein Erwärmen der Schicht aus Graphen in einer Umgebung, um Bereiche aus Graphen benachbart zu der wenigstens einen mit einem Muster versehenen Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung zu entfernen, sowie ein Entfernen der wenigstens einen mit einem Muster versehenen Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung, um eine mit einem Muster versehene Graphen-Schicht auf dem Substrat zu erzeugen, wobei die mit einem Muster versehene Graphen-Schicht auf dem Substrat eine Ladungsträgerbeweglichkeit für elektronische Einheiten bereitstellt.
Noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet eine Nanonetz-Struktur aus Graphen auf einem Substrat, wobei die Nanonetz-Struktur aus Graphen eine Ladungsträgerbeweglichkeit für elektronische Einheiten bereitstellt und wobei die Struktur eine temporäre, mit einem Muster versehene Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung, die auf der Oberseite des Substrats aufgebracht ist, und Graphen beinhaltet, das auf der Oberseite des Substrats aufgebracht ist, wobei das Graphen mit der wenigstens einen temporären, mit einem Muster versehenen Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung reagiert hat, um Bereiche aus Graphen benachbart zu der wenigstens einen mit einem Muster versehenen Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung zu entfernen, um eine Nanonetz-Struktur aus Graphen auf dem Substrat zu erzeugen.
Außerdem beinhaltet ein weiterer Aspekt der Erfindung eine mit einem Muster versehene Graphen-Struktur auf einem Substrat, wobei die mit einem Muster versehene Graphen-Struktur eine Ladungsträgerbeweglichkeit für elektronische Einheiten bereitstellt und wobei die Struktur eine temporäre, mit einem Muster versehene Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung, die auf der Oberseite des Substrats aufgebracht ist, und Graphen beinhaltet, das auf der Oberseite des Substrats aufgebracht ist, wobei das Graphen mit der wenigstens einen temporären, mit einem Muster versehenen Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung reagiert hat, um Bereiche aus Graphen benachbart zu der wenigstens einen mit einem Muster versehenen Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung zu entfernen, um eine mit einem Muster versehene Graphen-Schicht auf dem Substrat zu erzeugen.
Diese und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung von illustrativen Ausführungsformen derselben ersichtlich, die in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen zu lesen ist.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Schaubild, das ein beispielhaftes Nanonetz aus Graphen (GNM) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
2 ist ein Schaubild, das ein passiviertes und dotiertes Nanonetz aus Graphen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
3 ist ein Schaubild, das ein funktionalisiertes Nanonetz aus Graphen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
4 ist ein Schaubild, das die ”Unter”-Technik zum Bilden einer mit einem Muster versehenen Graphen-Schicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
5 ist ein Schaubild, das die ”Über”-Technik zum Bilden einer mit einem Muster versehenen Graphen-Schicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
6 ist ein Schaubild, das zwei Beispiele für mit einem Muster versehene Vorlagen aus Metall gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, die verwendet und wiederverwendet werden können, um mit einem Muster versehene Graphen-Schichten zu bilden;
7 ist ein Schaubild, das eine erste Verwendung einer mit einem Muster versehenen Vorlage aus Metall zum Bilden einer mit einem Muster versehenen Graphen-Schicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
8 ist ein Schaubild, das eine zweite Verwendung einer mit einem Muster versehenen Vorlage aus Metall zum Bilden einer mit einem Muster versehenen Graphen-Schicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
9 ist ein Ablaufplan, der Techniken zum Bilden einer mit einem Muster versehenen Graphen-Schicht auf einem Substrat gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt; und
10 ist ein Ablaufplan, der Techniken zum Bilden einer mit einem Muster versehenen Graphen-Schicht auf einem Substrat gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen
Ein Aspekt der Erfindung beinhaltet das Verwenden von durch ein Metall induzierten Reaktionen, um Graphen mit einem Nanonetz-Muster zu versehen. Nanonetze aus Graphen (GNMs) sind Strukturen auf der Grundlage von Kohlenstoff, die mittels Erzeugen von Löchern in einer Lage aus Graphen in einer periodischen Weise hergestellt werden (wie zum Beispiel in 1 dargestellt). Vier geometrische Parameter charakterisieren ein GNM: das Lochgitter, die Abmessung, die Gestalt und die Gitterkonstante.
Wie hierin beschrieben, beinhalten Aspekte der Erfindung mehrere verwandte Verfahren zum Bilden einer mit einem Muster versehenen Graphen-Schicht auf einem isolierenden Substrat oder einem Substrat auf der Grundlage von Kupfer (Cu). Zusätzlich zu Kupfer können Ausführungsformen der Erfindung die Verwendung von Metallen oder Metalllegierungen beinhalten, die kein Carbid bilden. Jedes Verfahren beruht auf der Tatsache, dass Bereiche aus Graphen in Kontakt mit nickel(Ni)-artigen Materialien bei erhöhten Temperaturen instabil sind und mittels Mechanismen, wie beispielsweise einer durch ein Metall katalysierten Aufspaltung in Kohlenstoff enthaltende flüchtige Bestandteile (typischerweise in einer Wasserstoff enthaltenden Umgebung bei einer erhöhten Temperatur) und/oder einer Reaktion und/oder einer Komplexbildung mit Ni-artigen Materialien zur Bildung von solubilisiertem Kohlenstoff und/oder solubilisierten Carbiden, problemlos entfernt werden.
Wie hierin verwendet, bezieht sich Ni-artig auf ein Carbid bildende Metalle oder ein Carbid bildende Metalllegierungen. Darüber hinaus bezieht sich, wie hierin verwendet, eine Schicht aus einem gemischten Material auf eine Graphen-Schicht zuzüglich einer mit einem Muster versehenen Schicht aus einem Material aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden Metalllegierung.
Wie hierin detailliert beschrieben, beinhalten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Techniken zum Bilden einer mit einem Muster versehenen Graphen-Schicht auf einem isolierenden Substrat, wobei mit einem Muster versehene Strukturen aus Ni-artigen Materialien entweder unter oder oben auf einer Schicht aus Graphen gebildet und/oder angebracht werden können.
Verfahren mit Ni-artigen Strukturen unter dem Graphen weisen die Vorteile auf, dass die Positionen der Ni-artigen Strukturen ortsgebunden sind (im Gegensatz zu nicht ortsgebunden) und dass es während der Herstellung der Ni-artigen Struktur keine Möglichkeit für eine Wechselwirkung der Ni-artigen Struktur mit dem Graphen gibt, da das Versehen des Metalls mit einem Muster oder die Selbstorganisation ausgeführt wird, bevor sich das Graphen auf dem Substrat befindet.
Verfahren mit Ni-artigen Strukturen über dem Graphen weisen die Vorteile auf, dass das Versehen mit einem Muster auf generischen Graphen-Wafern ausgeführt werden kann (zum Beispiel Graphen, das an ein Trägersubstrat gebondet ist), bei derartigen Ni-Strukturen ist es jedoch möglich, dass sie nicht ortsgebunden sind und es eine geringere Flexibilität bei den Herstellungsverfahren für die Ni-artige Struktur gibt, wenn die Ni-artigen Strukturen auf der Oberseite einer Graphen-Schicht gebildet werden. Für selbstorganisierte Ni-artige Strukturen kann zum Beispiel eine deckende Schicht aus einem dünnen Ni auf dem Graphen mit dem Graphen reagieren, bevor sie sich in Nanopunkte aus Ni selbstorganisiert hat.
GNM-Materialien sind typischerweise am meisten zweckdienlich, wenn sie sich auf isolierenden Substraten befinden. Wenn das Substrat für die zwei Verfahren, die soeben beschrieben wurden, isolierend ist, kann das mit einem Muster versehene Graphen an der Stelle auf dem Substrat verbleiben, an der es mit einem Muster versehen wurde; ein GNM auf einem isolierenden Substrat kann somit direkt gebildet werden, ohne die Notwendigkeit für einen nachfolgenden Transfer auf ein isolierendes Substrat und/oder eine spezielle Bearbeitung, um leitfähige obere Schichten des Substrats zu entfernen, die unter dem GNM liegen.
Ein Versehen von Graphen, das von Kupfer (Cu) getragen wird (als Beispiel Graphen auf einem Substrat aus einer Cu-Folie), mit einem Muster mittels Ni-artigen Strukturen wird ebenfalls ins Auge gefasst. In diesem Fall wird das GNM typischerweise in einer Prozesssequenz, welche die Schritte eines Bondens des GNM an eine temporäre Trägerschicht, eines Entfernens des Cu-Trägers mittels eines Prozesses, wie beispielsweise eines Ätzens von Cu, um eine GNM/Trägerschichtstruktur zu hinterlassen, eines Bondens des GNM an ein permanentes Handhabungssubstrat sowie eines Entfernens der temporären Trägerschicht beinhalten kann, auf ein isolierendes Substrat transferiert. Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass sie mit Roll-to-Roll-Herstellungsverfahren kompatibel ist.
Die 1 bis 3 zeigen Materialien für Nanonetze aus Graphen (GNM-Materialien), die funktionalisiert sein können (2 bis 3) oder nicht (1). Demgemäß ist 1 ein Schaubild, das ein Beispiel für ein nicht-funktionalisiertes Nanonetz aus Graphen (GNM) 102 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. 2 ist ein Schaubild, das ein passiviertes und dotiertes Nanonetz 202 aus Graphen mit einer Dotierstoff-Komponente 205 und passivierenden Komponenten 210 darstellt, das aus einem GNM ähnlich dem GNM 102 gebildet werden kann. 3 ist ein Schaubild, das ein funktionalisiertes Nanonetz 302 aus Graphen mit funktionalisierenden Komponenten 305 darstellt (sowohl in End-on- als auch in Draufsicht), das aus einem GNM ähnlich dem GNM 102 gebildet werden kann.
4 ist ein Schaubild, das die ”Unter”-Technik zum Bilden einer mit einem Muster versehenen Graphen-Schicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Als Beispiel zur Veranschaulichung werden in der ”Unter”-Technik selbstorganisierte Ni-artige Strukturen aus einer deckenden Schicht aus einem Ni-artigen Material gebildet, und das mit einem Muster versehene Graphen kann auf dem Substrat verbleiben. Im Einzelnen bildet das Beispiel in 4 Ni 402, SiO₂ 404, Si 406 sowie Graphen (G) 408 ab. Ein dargestellter Schritt 410 beinhaltet ein Abscheiden einer dünnen Schicht aus Ni auf SiO₂ (auf der Oberseite des Si-Substrats).
Ein dargestellter Schritt 412 beinhaltet ein Agglomerieren des Ni in selbstorganisierte Nanopunkte, um mit einem Muster versehene Ni-Strukturen 403 zu erzeugen. Ein dargestellter Schritt 414 beinhaltet ein Transferieren und/oder ein Bonden einer Graphen-Schicht auf/an die Ni-Nanopunkt/Substrat-Schicht. Ein dargestellter Schritt 416 beinhaltet ein Versehen des Graphens mit einem Muster über eine lokalisierte Reaktion mit dem Ni. Ein dargestellter Schritt 418 beinhaltet ein Wegätzen des Ni, wobei die mit einem Muster versehene Graphen-Schicht zurückbleibt. Wenngleich die Schritte 410 und 412 von 4 die mit einem Muster versehenen Ni-Strukturen 403 zeigen, die mittels einer Selbstorganisation aus einer deckenden dünnen Schicht gebildet werden (über bekannte Prozesse), ist dies lediglich eines von mehreren Verfahren, die verwendet werden können, um die mit einem Muster versehenen Ni-Strukturen zu bilden.
5 ist ein Schaubild, das die ”Über”-Technik zum Bilden einer mit einem Muster versehenen Graphen-Schicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Als Beispiel zur Veranschaulichung werden die Ni-artigen Strukturen in der ”Über”-Technik aus einer Lösung abgeschieden, und das mit einem Muster versehene Graphen kann auf dem Substrat verbleiben. Im Einzelnen bildet das Beispiel in 5 Ni 502, SiO₂ 504, Si 506 sowie Graphen (G) 508 ab.
Ein dargestellter Schritt 512 beinhaltet ein Abscheiden einer Schicht aus Graphen auf SiO₂ (auf der Oberseite des Si-Substrats). Ein dargestellter Schritt 514 beinhaltet ein Bilden von mit einem Muster versehenen Ni-Strukturen 503, zum Beispiel mittels eines Abscheidens von selbstorganisierten Ni-Nanopunkten aus einer Lösung. Ein dargestellter Schritt 516 beinhaltet ein Versehen des Graphens mit einem Muster über eine lokalisierte Reaktion mit dem Ni. Ein dargestellter Schritt 518 beinhaltet ein Wegätzen des Ni, wobei die mit einem Muster versehene Graphen-Schicht zurückbleibt. Wenngleich der Schritt 512 von 5 die mit einem Muster versehenen Ni-Strukturen 503 zeigt, die mittels eines Selbstorganisierens von Ni-Nanopunkten aus einer Lösung (über bekannte Prozesse) gebildet werden, ist dies lediglich eines von mehreren Verfahren, die verwendet werden können, um die mit einem Muster versehenen Ni-Strukturen zu bilden.
6 ist ein Schaubild, das zwei Beispiele für mit einem Muster versehene Metall-Vorlagen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, die verwendet und wieder verwendet werden können, um mit einem Muster versehene Graphen-Schichten zu bilden. Derartige Vorlagen können in Fällen zweckdienlich sein, in denen die gewünschten Metall-Muster nicht problemlos mittels Selbstorganisations-Techniken gebildet werden können, was es kostspielig macht, jedes Mal, wenn eine einzelne Graphen-Schicht mit einem Muster zu versehen ist, eine neue, mit einem Muster versehene Metallschicht herzustellen. Als Beispiel zur Veranschaulichung bildet 610 in 6 eine planare Vorlage ab, die ein Feld von Ni-Mustern beinhaltet, die in einem Dielektrikum auf einem Basissubstrat eingebettet sind, und 612 in 6 bildet eine nicht planare, stempelartige Vorlage ab, die ein Feld von Ni-Mustern beinhaltet, die sich oberhalb eines Basissubstrats erstrecken. Wie gezeigt, bilden 6, 7 und 8 Ni 602, SiO₂ 604, Si 606 sowie Graphen 608 ab.
7 ist ein Schaubild, das darstellt, wie die mit einem Muster versehene Metall-Vorlage 610 von 6 in einem ersten Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verwendet werden kann, um eine mit einem Muster versehene Graphen-Schicht zu bilden. Als Beispiel zur Veranschaulichung bildet 7 eine Graphen-Schicht ab, die an die Vorlage aus Ni-artigen Strukturen angebracht wird und nach einem Versehen mit einem Muster entfernt wird. Im Einzelnen beinhaltet in dem Beispiel von 7 ein dargestellter Schritt 712 ein Anbringen von Graphen an der Vorlage. Ein dargestellter Schritt 714 beinhaltet ein Versehen des Graphens mit einem Muster über eine lokalisierte Reaktion mit dem Ni. Des Weiteren beinhaltet ein dargestellter Schritt 716 ein Entfernen (zum Beispiel ein Ablösen) des Nanonetzes aus Graphen.
8 ist ein Schaubild, das darstellt, wie die mit einem Muster versehene Metall-Vorlage 610 von 6 in einem zweiten Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, um eine mit einem Muster versehene Graphen-Schicht zu bilden. Als Beispiel zur Veranschaulichung bildet 8 die Vorlage ab, die an einer abgestützten Graphen-Schicht angebracht wird und nach einem Versehen mit einem Muster entfernt wird. Im Einzelnen beinhaltet in dem Beispiel von 8 ein dargestellter Schritt 812 ein Anbringen der mit einem Muster versehenen Metall-Vorlage 610 an der Graphen-Schicht. Ein dargestellter Schritt 814 beinhaltet ein Versehen des Graphens mit einem Muster über eine lokalisierte Reaktion mit dem Ni. Des Weiteren beinhaltet ein dargestellter Schritt 816 ein Entfernen der Vorlage.
Sowohl in dem Beispiel von 7 als auch in dem Beispiel von 8 kann die Vorlage nach einer Verwendung mittels einer Wärmebehandlung, zum Beispiel in Ar/H₂ bei ungefähr 800 Grad Celsius, wieder aufgearbeitet werden, um jeglichen aufgelösten Kohlenstoff zu entfernen.
Der Prozess, der dazu verwendet wird, die mit einem Muster versehene Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung nach der Reaktion, das Graphen mit einem Muster zu versehen, zu entfernen, ist von der Form und der Zusammensetzung der mit einem Muster versehenen Metallstruktur abhängig. Strukturen von Vorlagen, wie jene in den 6 bis 8 gezeigten, können mittels einer mechanischen Trennung entfernt werden. Häufiger wird die mit einem Muster versehene Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung, wie jene, die in 416 von 4 und 516 von 5 gezeigt sind, nach einem Versehen des Graphens mit einem Muster mittels Durchführen eines Nassätzprozesses entfernt, der die mit einem Muster versehene Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung selektiv bezüglich Graphen und bezüglich des Substrats ätzt, auf dem das Graphen aufgebracht ist. Für mit einem Muster versehene Strukturen aus Ni (wie beispielsweise in 416 von 4 und 516 von 5 gezeigt) können Ätzmittel wässrige Lösungen von HCl, FeCl₃, Königswasser oder kommerzielle Ätzmittel beinhalten, wie beispielsweise Transene Thin Film Nickel Etchant TFB, Transene Thin Film Nickel Etchant TFG oder Transene Nickel Etchant Typ I.
Wie hierin detailliert beschrieben, können Ni-artige Strukturen mittels einer Abscheidung oder eines Ätzens durch eine Maske hindurch lithographisch mit einem Muster versehen werden. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird jedoch Lithographie vermieden, und die Ni-artigen Strukturen sind selbstorganisiert. Eine Selbstorganisation von Ni-artigen Strukturen kann zum Beispiel mittels einer Abscheidung von vorgeformten Ni-artigen Nanopartikeln aus einer Lösung (mittels Zerstäuben, Aufschleudern, Eintauchbeschichtung etc.) bewerkstelligt werden, wobei die vorgeformten Nanopartikel des Weiteren Oberflächenschichten aus zusätzlichen Materialien beinhalten können, die nicht Ni-artig sind (zum Beispiel funktionalisierende Moleküle, um eine Suspension in Lösung zu unterstützen).
Für eine Selbstorganisation von Nanopartikeln aus Nickel auf Graphen- oder Oxid-Oberflächen können die Nanopartikel mit einer bifunktionalen Gruppe beschichtet werden, die an einem Ende eine kovalente Bindung mit dem Nanopartikel bildet und an dem anderen Ende eine Funktionalität aufweist, die eine elektrostatische oder eine kovalente Bindung mit einer Graphen- oder Oxid-Oberfläche bilden kann. Für eine Selbstorganisation von Nanopartikeln aus Nickel auf einer Graphen-Oberfläche können die Nanopartikel zum Beispiel mit bifunktionalen Verbindungen reagiert werden, die eine Thiol(-SH)-Gruppe auf einem Ende (um eine Bindung mit dem Nanopartikel zu bilden) und eine Funktionalität, wie beispielsweise ein Diazonium-Salz (-N₂ ⁺ X^–, wobei X^– ein anorganisches oder organisches Anion ist, wie beispielsweise ein Halogen), auf dem anderen Ende aufweisen (um eine Ladungstransfer-Bindung an das Graphen zu ermöglichen).
Für eine Selbstorganisation auf Oxid-Oberflächen, insbesondere auf Metall-Oxid-Oberflächen, können die Nanopartikel wieder mit bifunktionalen Molekülen beschichtet werden, die eine Thiol-Gruppe an einem Ende aufweisen. Das andere Ende des bifunktionalen Moleküls kann jedoch eine Phosphonsäure(-PO(OH)₂)-Gruppe beinhalten, um dem Nanopartikel dabei zu helfen, eine kovalente Bindung mit dem Metalloxid zu bilden (Hafniumoxid, Aluminiumoxid etc.), was in einer Selbstorganisation der Nanopartikel auf der Oxid-Oberfläche resultiert.
Alternativ kann eine Selbstorganisation von Ni-artigen Strukturen mittels der deckenden Abscheidung einer dünnen (einer Schicht mit 1 bis 30 Nanometern (nm)) Schicht einer Ni-artigen Schicht gefolgt von einer Wärmebehandlung bei einer erhöhten Temperatur in einer Umgebung bewerkstelligt werden, um die Dünnschicht in Nanopunkte zu agglomerieren. Die Abmessung und der Abstand der Nanopunkte kann mittels der Dicke der Ni-Dünnschicht (typischerweise kleiner und dichter beabstandete Punkte für dünnere Ni-Dünnschichten), den Bedingungen der Wärmebehandlung (Temperatur und Gas-Umgebung) sowie den benetzenden Eigenschaften der Oberfläche gesteuert werden, auf welcher die Ni-Dünnschicht abgeschieden wird. Eine Bildung von Ni-Nanopunkten auf Si-Substraten kann zum Beispiel ein Beschichten mit 10 bis 20 nm SiO₂ mittels Abscheidens von 3 bis 20 nm Ni und einer Wärmebehandlung bei 850 Grad Celsius in N₂ während Zeitdauern von 20 bis 30 Sekunden beinhalten. Weitere Verfahren zur Bildung von Nanopunkten aus Metall beinhalten zum Beispiel einen plasmaunterstützen Prozess zur Bildung von Nanopartikeln aus Ni, der entwickelt wurde, bei dem Ni langsam auf Substrate gesputtert wird, die einem Plasma ausgesetzt sind.
Wie hierin detailliert beschrieben, geht ein Versehen von Graphen mit einem Muster über eine lokalisierte Reaktion mit Ni-artigen Materialien bei erhöhten Temperaturen in einer Umgebung mittels solcher Mechanismen vor sich, wie einer durch Metall katalysierten Aufspaltung in Kohlenstoff enthaltende flüchtige Bestandteile (typischerweise in einer Wasserstoff enthaltenden Umgebung) und/oder einer Reaktion und/oder einer Komplexbildung mit Ni-artigen Materialien, um solubilisierten Kohlenstoff und/oder solubilisierte Carbide zu bilden. Umgebungen können zum Beispiel ein Vakuum, Gase, wie beispielsweise Ar, N₂, He, H₂, sowie Gemische dieser Gase beinhalten. Es können Temperaturen in dem Bereich von 500 bis 1.000 Grad Celsius, und vorzugsweise in dem Bereich von 600 bis 800 Grad Celsius, während Zeitdauern eingesetzt werden, die in einem Bereich von wenigen Stunden für Temperaturen an dem unteren Ende des Bereichs bis zu wenigen Sekunden für Temperaturen an dem oberen Ende des Bereichs liegen. Wasserstoff enthaltende Umgebungen können bevorzugt sein, da sie die Erzeugung von Kohlenstoff enthaltenden flüchtigen Bestandteilen unterstützen, die von dem Reaktionsgebiet vollständiger entfernt werden als Kohlenstoff, der in dem Nanopunkt aus Metall verbleibt.
9 ist ein Ablaufplan, der Techniken zum Bilden einer mit einem Muster versehenen Graphen-Schicht auf einem Substrat (zum Beispiel einem isolierenden Substrat) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Ein Schritt 902 beinhaltet ein Bilden von wenigstens einer mit einem Muster versehenen Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung auf einem Substrat. Ein Feld von Nanopunkten aus Ni wäre ein Beispiel für eine mit einem Muster versehene Struktur eines ein Carbid bildenden Metalls oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung. Felder von Nanopunkten aus Metall können mittels Anbringen einer flüssigen Suspension von Nanopunkten und Trocknen oder mittels Bildens einer dünnen (zum Beispiel von 1 bis 10 nm) Schicht aus einem Metall und langsamen Erwärmens derselben gebildet werden, so dass sie in Metallpunkte aufbricht.
Die mit einem Muster versehene Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung kann mittels einer Abscheidung oder eines Ätzens durch eine Maske hindurch lithographisch mit einem Muster versehen werden. Des Weiteren kann die mit einem Muster versehene Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung ein Material beinhalten, das aus einer Gruppe ausgewählt wird, die Ni, Fe, Co, Pt sowie eine Legierung aus einer Kombination derselben enthält.
Außerdem kann die mit einem Muster versehene Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung selbstorganisiert sein. Die Selbstorganisation der mit einem Muster versehenen Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung kann eine Abscheidung von mehreren vorgeformten Nanopartikeln aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung aus einer Lösung beinhalten, zum Beispiel mittels Zerstäuben, Aufschleudern, Eintauchbeschichtung etc.
Vorgeformte Nanopartikel aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung können wenigstens eine Oberflächenschicht aus einem zusätzlichen Material beinhalten, das ein Metall oder eine ein Metall enthaltende Legierung ist, die kein Carbid bilden. Als Beispiel kann diese funktionalisierende Moleküle beinhalten, um eine Suspension in Lösung zu unterstützen. Darüber hinaus kann die Selbstorganisation der wenigstens einen mit einem Muster versehenen Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung eine deckende Abscheidung einer Dünnschicht aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung sowie eine Wärmebehandlung der Dünnschicht bei einer erhöhten Temperatur in einer Umgebung beinhalten, um die Dünnschicht in mehrere Nanopunkte zu agglomerieren. In einer derartigen Ausführungsform kann die Dünnschicht aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung eine Dünnschicht in einem Bereich von ungefähr einem Nanometer bis ungefähr 30 Nanometer beinhalten.
Ein Schritt 904 beinhaltet ein Anbringen einer Schicht aus Graphen auf der Oberseite der wenigstens einen mit einem Muster versehenen Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung auf dem Substrat. Ein Schritt 906 beinhaltet ein Erwärmen der Schicht aus Graphen auf der Oberseite der wenigstens einen mit einem Muster versehenen Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung in einer Umgebung, um Bereiche aus Graphen benachbart zu der wenigstens einen mit einem Muster versehenen Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung zu entfernen.
Ein Schritt 908 beinhaltet ein Entfernen der wenigstens einen mit einem Muster versehenen Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung (und/oder deren Rückstände), um eine mit einem Muster versehene Graphen-Schicht auf dem Substrat zu erzeugen, wobei die mit einem Muster versehene Graphen-Schicht auf dem Substrat eine Ladungsträgerbeweglichkeit für elektronische Einheiten bereitstellt. Ein Entfernen der mit einem Muster versehenen Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung, um eine mit einem Muster versehene Graphen-Schicht auf dem isolierenden Substrat zu erzeugen, kann ein Durchführen eines Nassätzprozesses beinhalten, der die mit einem Muster versehene Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung selektiv bezüglich Graphen und bezüglich des Substrats ätzt, auf dem das Graphen aufgebracht ist.
Die Techniken, die in 9 abgebildet sind, können außerdem ein Auswählen eines Substrats beinhalten.
10 ist ein Ablaufplan, der Techniken zum Bilden einer mit einem Muster versehenen Graphen-Schicht auf einem Substrat (zum Beispiel einem isolierenden Substrat) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Ein Schritt 1002 beinhaltet ein Anbringen von Graphen auf der Oberseite eines Substrats, um eine Schicht aus Graphen auf dem Substrat zu bilden. In einer beispielhaften Ausführungsform beinhaltet das Substrat eine Cu enthaltende Schicht, die unter der Schicht aus Graphen angeordnet ist.
Ein Schritt 1004 beinhaltet ein Bilden von wenigstens einer mit einem Muster versehenen Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung. In einer beispielhaften Ausführungsform kann eine Schicht aus einem gemischten Material, die wenigstens eine mit einem Muster versehene Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung beinhaltet, des Weiteren eine Graphen-Schicht auf dem isolierenden Substrat in Kontakt mit wenigstens einer mit einem Muster versehenen Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung beinhalten, die auf einem zweiten Substrat aufgebracht ist. Ein derartiger Aspekt kann über eine Verwendung eines mit einem Muster versehenen Stempels aus Ni (oder einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung) ausgeführt werden.
Die Techniken, die in 10 abgebildet sind, beinhalten ein Substrat, das ein Dielektrikum oder ein Metall sein kann, das kein Carbid bildet.
Wie außerdem vorstehend in Verbindung mit den Techniken von 9 detailliert beschrieben, kann die mit einem Muster versehene Ni-artige Struktur mittels einer Abscheidung oder eines Ätzens durch eine Maske hindurch lithographisch mit einem Muster versehen werden. Des Weiteren kann die mit einem Muster versehene Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung ein Material beinhalten, das aus einer Gruppe ausgewählt wird, die Ni, Fe, Co, Pt sowie eine Legierung aus einer Kombination derselben enthält.
Außerdem kann die mit einem Muster versehene Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung selbstorganisiert sein. Die Selbstorganisation der mit einem Muster versehenen Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung kann eine Abscheidung von mehreren vorgeformten Nanopartikeln aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung aus einer Lösung beinhalten, zum Beispiel mittels Zerstäuben, Aufschleudern, Eintauchbeschichtung etc. Vorgeformte Nanopartikel aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung können wenigstens eine Oberflächenschicht aus einem zusätzlichen Material beinhalten, das ein Metall oder eine Metall enthaltende Legierung ist, die kein Carbid bilden. Als Beispiel kann dieses funktionalisierende Moleküle beinhalten, um eine Suspension in Lösung zu unterstützen.
Darüber hinaus kann die Selbstorganisation der wenigstens einen mit einem Muster versehenen Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung eine deckende Abscheidung einer Dünnschicht aus einer Schicht aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung sowie eine Wärmebehandlung der Dünnschicht bei einer erhöhten Temperatur in einer Umgebung beinhalten, um die Dünnschicht in mehrere Nanopunkte zu agglomerieren. In einer derartigen Ausführungsform kann die Dünnschicht aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung eine Dünnschicht in einem Bereich von ungefähr einem Nanometer bis ungefähr 30 Nanometer beinhalten.
Ein Schritt 1006 beinhaltet ein Erwärmen der Schicht aus Graphen in einer Umgebung, um Bereiche aus Graphen benachbart zu der wenigstens einen mit einem Muster versehenen Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung zu entfernen.
Ein Schritt 1008 beinhaltet ein Entfernen der wenigstens einen mit einem Muster versehenen Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung, um eine mit einem Muster versehene Graphen-Schicht auf dem Substrat zu erzeugen, wobei die mit einem Muster versehene Graphen-Schicht auf dem Substrat eine Ladungsträgerbeweglichkeit für elektronische Einheiten bereitstellt. Ein Entfernen der mit einem Muster versehenen Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung, um eine mit einem Muster versehene Graphen-Schicht auf dem isolierenden Substrat zu erzeugen, kann ein Durchführen eines Nassätzprozesses beinhalten, der die mit einem Muster versehene Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung selektiv bezüglich Graphen und bezüglich des Substrats ätzt, auf dem das Graphen aufgebracht ist.
Die Techniken, die in 10 abgebildet sind, können darüber hinaus das Substrat beinhalten, das eine isolierende Überzugsschicht enthält. Als Beispiel beinhaltet ein Substrat mit einer isolierenden Überzugsschicht Si/SiO₂.
Wie hierin detailliert beschrieben, können Ausführungsformen der Erfindung darüber hinaus eine Nanonetz-Struktur aus Graphen beinhalten, die mit einem Muster versehene Strukturen aus Materialien aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung entweder unter oder oben auf einer Schicht aus Graphen gebildet ist.
Als Beispiel beinhaltet eine Nanonetz-Struktur aus Graphen auf einem Substrat in einer Ausführungsform der Erfindung, wobei die Nanonetz-Struktur aus Graphen eine Ladungsträgerbeweglichkeit für elektronische Einheiten bereitstellt, eine temporäre, mit einem Muster versehene Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung, die auf der Oberseite des Substrats aufgebracht ist, sowie Graphen, das auf der Oberseite des Substrats aufgebracht ist, wobei das Graphen mit der wenigstens einen temporären, mit einem Muster versehenen Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung reagiert hat, um Bereiche aus Graphen benachbart zu der wenigstens einen mit einem Muster versehenen Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung zu entfernen, um eine Nanonetz-Struktur aus Graphen auf dem Substrat zu erzeugen.
Darüber hinaus beinhaltet eine mit einem Muster versehene Graphen-Struktur auf einem Substrat in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, wobei die mit einem Muster versehene Graphen-Struktur eine Ladungsträgerbeweglichkeit für elektronische Einheiten bereitstellt, eine temporäre, mit einem Muster versehene Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung, die auf der Oberseite des Substrats aufgebracht ist, sowie Graphen, das auf der Oberseite des Substrats aufgebracht ist, wobei das Graphen mit der wenigstens einen temporären, mit einem Muster versehenen Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung reagiert hat, um Bereiche aus Graphen benachbart zu der wenigstens einen mit einem Muster versehenen Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung zu entfernen, um eine mit einem Muster versehene Graphen-Schicht auf dem Substrat zu erzeugen.
Wenngleich illustrative Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hierin unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben wurden, versteht es sich, dass die Erfindung nicht auf jene konkreten Ausführungsformen beschränkt ist und dass verschiedene weitere Änderungen und Modifikationen von einem Fachmann ausgeführt werden können, ohne von dem Umfang oder dem Inhalt der Erfindung abzuweichen.

Claims

Verfahren zum Bilden einer mit einem Muster versehenen Graphen-Schicht auf einem Substrat, das aufweist: Bilden von wenigstens einer mit einem Muster versehenen Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung auf einem Substrat; Anbringen einer Schicht aus Graphen auf der Oberseite der wenigstens einen mit einem Muster versehenen Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung auf dem Substrat; Erwärmen der Schicht aus Graphen auf der Oberseite der wenigstens einen mit einem Muster versehenen Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung in einer Umgebung, um Bereiche aus Graphen benachbart zu der wenigstens einen mit einem Muster versehenen Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung zu entfernen; und Entfernen der wenigstens einen mit einem Muster versehenen Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung, um eine mit einem Muster versehene Graphen-Schicht auf dem Substrat zu erzeugen, wobei die mit einem Muster versehene Graphen-Schicht auf dem Substrat eine Ladungsträgerbeweglichkeit für elektronische Einheiten bereitstellt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Substrat ein isolierendes Substrat aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Substrat eine isolierende Überzugsschicht beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die wenigstens eine mit einem Muster versehene Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung selbstorganisiert ist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Selbstorganisation der wenigstens einen mit einem Muster versehenen Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung eine Abscheidung von mehreren vorgeformten Nanopartikeln aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung aus einer Lösung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die vorgeformten Nanopartikel aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung wenigstens eine Oberflächenschicht aus einem zusätzlichen Material beinhalten, das ein Metall oder eine ein Metall enthaltende Legierung ist, die kein Carbid bilden.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Selbstorganisation der wenigstens einen mit einem Muster versehenen Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung aufweist: eine deckende Abscheidung einer Dünnschicht aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung; und Wärmebehandeln der Dünnschicht bei einer erhöhten Temperatur in einer Umgebung, um die Dünnschicht in mehrere Nanopunkte zu agglomerieren.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Dünnschicht aus einer Schicht aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung eine Dünnschicht in einem Bereich von ungefähr einem Nanometer bis ungefähr 30 Nanometer aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die wenigstens eine mit einem Muster versehene Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung mittels einer Abscheidung oder eines Ätzens durch eine Maske hindurch lithographisch mit einem Muster versehen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die wenigstens eine mit einem Muster versehene Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung ein Material aufweist, das aus einer Gruppe ausgewählt wird, die Ni, Fe, Co, Pt sowie eine Legierung aus einer Kombination derselben enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Entfernen der wenigstens einen mit einem Muster versehenen Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung, um eine mit einem Muster versehene Graphen-Schicht auf dem Substrat zu erzeugen, ein Durchführen eines Nassätzprozesses aufweist, der die wenigstens eine mit einem Muster versehene Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung selektiv bezüglich Graphen und bezüglich des Substrats ätzt, auf dem das Graphen aufgebracht ist.
Verfahren zum Bilden einer mit einem Muster versehenen Graphen-Schicht auf einem Substrat, das aufweist: Anbringen von Graphen auf der Oberseite eines Substrats, um eine Schicht aus Graphen auf dem Substrat zu bilden; Bilden von wenigstens einer mit einem Muster versehenen Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung; Erwärmen der Schicht aus Graphen in einer Umgebung, um Bereiche aus Graphen benachbart zu der wenigstens einen mit einem Muster versehenen Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung zu entfernen; und Entfernen der wenigstens einen mit einem Muster versehenen Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung, um eine mit einem Muster versehene Graphen-Schicht auf dem Substrat zu erzeugen, wobei die mit einem Muster versehene Graphen-Schicht auf dem Substrat eine Ladungsträgerbeweglichkeit für elektronische Einheiten bereitstellt.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Substrat eine Cu enthaltende Schicht aufweist, die unter der Schicht aus Graphen angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Substrat ein isolierendes Substrat aufweist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Substrat eine isolierende Überzugsschicht beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die wenigstens eine mit einem Muster versehene Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung selbstorganisiert ist.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Selbstorganisation der wenigstens einen mit einem Muster versehenen Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung eine Abscheidung von mehreren vorgeformten Nanopartikeln aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung aus einer Lösung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die vorgeformten Nanopartikel aus einem ein Carbid bildenden oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung wenigstens eine Oberflächenschicht aus einem zusätzlichen Material beinhalten, das nicht ein Carbid bildend oder eine Metall enthaltende Legierung ist.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Selbstorganisation der wenigstens einen mit einem Muster versehenen Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung aufweist: eine deckende Abscheidung einer Dünnschicht aus einer Schicht aus einem ein Carbid bildenden oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung; und Wärmebehandeln der Dünnschicht bei einer erhöhten Temperatur in einer Umgebung, um die Dünnschicht in mehrere Nanopunkte zu agglomerieren.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei die Dünnschicht aus der Schicht aus einem ein Carbid bildenden oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung eine Dünnschicht in einem Bereich von ungefähr einem Nanometer bis ungefähr 30 Nanometer aufweist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die wenigstens eine mit einem Muster versehene Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung mittels einer Abscheidung oder eines Ätzens durch eine Maske hindurch lithographisch mit einem Muster versehen wird.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die wenigstens eine mit einem Muster versehene Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung ein Material aufweist, das aus einer Gruppe ausgewählt wird, die Ni, Fe, Co, Pt sowie eine Legierung aus einer Kombination derselben enthält.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Entfernen der wenigstens einen mit einem Muster versehenen Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung, um eine mit einem Muster versehene Graphen-Schicht auf dem Substrat zu erzeugen, ein Durchführen eines Nassätzprozesses aufweist, der die wenigstens eine mit einem Muster versehene Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung selektiv bezüglich Graphen und bezüglich des Substrats ätzt, auf dem das Graphen aufgebracht ist.
Nanonetz-Struktur aus Graphen auf einem Substrat, wobei die Nanonetz-Struktur aus Graphen eine Ladungsträgerbeweglichkeit für elektronische Einheiten bereitstellt, die aufweist: wenigstens eine temporäre, mit einem Muster versehene Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung, die auf der Oberseite des Substrats aufgebracht ist; und Graphen, das auf der Oberseite des Substrats angeordnet ist, wobei das Graphen mit der wenigstens einen temporären, mit einem Muster versehenen Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung reagiert hat, um Bereiche aus Graphen benachbart zu der wenigstens einen mit einem Muster versehenen Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung zu entfernen, um eine Nanonetz-Struktur aus Graphen auf dem Substrat zu erzeugen.
Mit einem Muster versehene Graphen-Struktur auf einem Substrat, wobei die mit einem Muster versehene Graphen-Struktur eine Ladungsträgerbeweglichkeit für elektronische Einheiten bereitstellt, die aufweist: eine temporäre, mit einem Muster versehene Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung, die auf der Oberseite des Substrats angeordnet ist; und Graphen, das auf der Oberseite des Substrats angeordnet ist, wobei das Graphen mit der wenigstens einen temporären, mit einem Muster versehenen Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung reagiert hat, um Bereiche aus Graphen benachbart zu der wenigstens einen mit einem Muster versehenen Struktur aus einem ein Carbid bildenden Metall oder einer ein Carbid bildenden, ein Metall enthaltenden Legierung zu entfernen, um eine mit einem Muster versehene Graphen-Schicht auf dem Substrat zu erzeugen.