JP7373662B2 - グラフェン／酸化グラフェンダイオードおよびその形成方法 - Google Patents
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Description
本発明は、グラフェンダイオードおよびグラフェンダイオードを形成するための方法に関する。特に、グラフェンおよび酸化グラフェン層を含むグラフェンダイオードに関する。グラフェンダイオードはグラフェンおよび酸化グラフェン層から形成されるものであり、グラフェンと酸化グラフェン層とを互いに接触させることにより、垂直構成のダイオードを形成する。
グラフェンは周知の材料であって、材料の理論的な並外れた特別な特性によってもたらされる非常に多くの用途が提案されている。このような特性および用途の好例が、A. K. GeimおよびK. S. Novoselevによる「グラフェンの登場（The Rise of Graphene）」（ネイチャーマテリアルズ（Nature Materials）：第６巻、１８３～１９１、２００７年３月）と、ネイチャーナノテクノロジー（Nature Nanotechnology）（第９巻、第１０版、２０１４年１０月）の特集記事とに詳述されている。
ＷＯ２０１７／０２９４７０は、その内容が引用により本明細書中に援用されており、２次元材料を製造するための方法を開示している。具体的には、ＷＯ２０１７／０２９４７０は、グラフェンなどの２次元材料を製造する方法を開示する。当該方法は、反応チャンバ内に保持された基板を、前駆体の分解範囲内の温度であって分解された前駆体から放出される種からグラフェンを形成することを可能にする温度にまで加熱するステップと、基板表面から前駆体の入口に向かって延びる急峻な温度勾配（好ましくは１メートル当たり＞１０００°Ｃ）を設定するステップと、比較的低温の入口を通じて当該温度勾配にわたり当該基板表面に向かって前駆体を投入するステップとを含む。ＷＯ２０１７／０２９４７０の方法は、気相エピタキシー（vapour phase epitaxy：ＶＰＥ）システムおよび有機金属化学蒸着（metal-organic chemical vapour deposition：ＭＯＣＶＤ）反応器を用いて実施され得る。
ダイオードは多くの電子システムにおいて基本的な電子デバイスであるため、このようなダイオードなどの電子デバイスを含む広範囲の用途で使用するための理論的特性を有するグラフェンについて膨大な研究がなされてきた。
基板の静電ゲーティング、局所的な化学ドーピング、および工学的な設計改良を複数回行なうことにより、グラフェンにわたって平面構成または横方向構成を備えたｐ－ｎ接合（典型的な半導体ベースのダイオードの必要な特徴）を形成できることが明らかになった。しかしながら、この横方向構成は電流整流効果を示すものではない。この効果とは、すなわち、交流（alternating current：ＡＣ）から直流（direct current：ＤＣ）への変換を可能にするために、一方向の電流の流れを制限するとともに逆方向の電流の流れを可能にするもの（すなわち、ダイオード）である。これは、Kleinトンネリングによりｐ－ｎ接合によって作り出される任意のポテンシャル障壁を通ってトンネリングし得るグラフェン内の電荷キャリアの相対論的性質によるものであることが分かっている。
第２の構成は、ｐ－ｎ接合を形成するためにグラフェン材料を垂直に積層することを含む。電流整流は、ｐグラフェン層とｎグラフェン層との間に絶縁材料または半導体材料を挿入することによって観察された。S.Kimらによる「グラフェンｐ－ｎ垂直トンネリングダイオード（Graphene p-n Vertical Tunneling Diodes）」（ACS Nano：２０１３年、第７巻、第６号、５１６８～５１７４）は、このようなグラフェンベースのデバイスに関するものである。ＣＶＤ成長したグラフェンをＳｉ／ＳｉＣ２基板上に移し、ベンジルビオロゲン（benzyl viologen：ＢＶ）のトルエン溶液をグラフェンシート上にスピンコーティングし、次いでアニールする。この結果、グラフェンシートがｎドープされるとともに、半導体材料または絶縁材料からなる波形構造が形成されることとなる。第２のグラフェンシートを第１のｎドープされたグラフェンシート上に移し、ニトロメタン中に溶解した塩化金の溶液を第２のグラフェンシート上にスピンコーティングする。第２のアニールプロセスでは、第２のグラフェンシートをｐドープして、ｎドープされたグラフェンシートおよびｐドープされたグラフェンシートの垂直構成を作り出す。
電流（電子）がｎドープされたグラフェンシートからｐドープされたグラフェンシートにまでトンネリングすると、ディラック円錐が電荷中性点まで一杯に埋まり、当該電荷中性点では状態密度がゼロになる傾向があり、これにより、電流の流れが制限される。バイアスが逆になると、状態密度の高まりに応じて、電子が、ｐドープされたグラフェンシートからｎドープされたグラフェンシートに流れることで、電流をより容易に流すことが可能となる。トンネル障壁が薄すぎる場合、Kleinトンネリングのために整流は観察されない。トンネル障壁が厚すぎる場合、全ての電荷の流れが阻害される。この製造方法は複雑であり、有害な化学物質を必要とし、容易なスケールアップができず、整流比が低くなる。
X. Fengらによるすべての炭素材料ｐｎダイオード（ネイチャーコミュニケーションズ（Nature Communications）：２０１８年、第９巻、３７５０）は、垂直に構成されたグラフェンベースの（特に酸化グラフェンベースの）ダイオードに関する。デバイスは酸化グラフェンの２つの層から形成されており、一方の層は負に帯電し（ｎ型ドープされており）、他方の層は正に帯電している（ｐ型ドープされている）。酸化グラフェンベースのｐ－ｎダイオードは、逆帯電した酸化グラフェンシートの２つの層を積層し、これによりｐ－ｎ接合を形成することによって作製された。これら２つの層を組合わせると、約６の整流比で電流整流が観察された。しかしながら、当該デバイスは、１Ｖで約５００ｎＡといった低い順方向バイアス電流を有する。当該デバイスを形成する方法は、官能化されたグラフェンフレークをガラス基板上に集めるステップを含むが、これは、酸化後にこれらフレークを抽出してガラス基板上に取込むことを必要とするので、容易にスケーラブルなプロセスではない。
ＵＳ２０１２／０２０５６０６は、抵抗ランダムアクセスメモリにおいて使用され得る不揮発性メモリデバイスを開示する。当該デバイスは、本明細書中に開示されるデバイスで実現されるように優れたオン／オフ電流比で広範囲の電圧にわたってダイオードとして動作するのではなく、導体のような非整流挙動を呈する。
ＵＳ２０１５／０２０６９４０は、ドープされたグラフェン電極に依拠するグラフェンｐ－ｎ垂直トンネリングダイオードを開示する。
Paninらによる「Ａｌ／酸化グラフェン／Ａｌ構造における抵抗スイッチング（Resistive Switching in Al/Graphene Oxide/Al structure）」（日本応用物理学会ジャーナル（Japanese Journal of Applied Physics）：第５０巻（２０１１年）０７０１１０）は、グラファイトを酸化させることによって作製されてアルミニウム電極の間に挟まれた酸化グラフェン膜を含むＲＲＡＭ（登録商標）デバイスを開示している。
Jeongらによる「可撓性のある不揮発性メモリ用途のための酸化グラフェン薄膜（Graphene Oxide Thin Films for Flexible Nonvolatile Memory Applications）」（Nano Letters：２０１０年、第１０巻、４３８１～４３８６）はまた、グラファイトを酸化させることによって作製されてアルミニウム電極の間に挟まれた酸化グラフェン膜を含むデバイスを開示している。
改善されたより高品質なグラフェンベースのダイオード、特に、整流比が改善されたグラフェンベースのダイオードが依然として必要とされている。また、より単純な（すなわち、より容易であるとともにプロセスステップがより少なく、および／または、潜在的に有害な化学物質を使用する必要性のない）このようなグラフェンベースのダイオードを設けるための方法を改善することが依然として必要とされている。また、太陽電池などの特定の電子機器用途で使用できるように適度に透過的であるダイオードを改善することも必要とされている。
本発明の目的は、従来技術に関連する問題を克服するかもしくは実質的に低減する、このような改善されたグラフェンベースのダイオードおよびこれを形成するための方法を提供すること、または、少なくとも商業的に実現可能なその代替物を提供することである。
したがって、第１の局面では、ダイオードを形成するための方法が提供される。当該方法は、
第１の基板上に第１のグラフェン層構造を設けるステップと、
第２の基板上に第２のグラフェン層構造を設けるステップと、
当該第１のグラフェン層構造を酸化剤で処理して、その上に酸化グラフェン面を形成するステップと、
当該第２のグラフェン層構造を当該第１のグラフェン層構造の当該酸化グラフェン面に対して位置合わせするステップとを含む。
第１の基板上に第１のグラフェン層構造を設けるステップと、
第２の基板上に第２のグラフェン層構造を設けるステップと、
当該第１のグラフェン層構造を酸化剤で処理して、その上に酸化グラフェン面を形成するステップと、
当該第２のグラフェン層構造を当該第１のグラフェン層構造の当該酸化グラフェン面に対して位置合わせするステップとを含む。
ここで、本開示をさらに説明する。以下の段落では、本開示のさまざまな局面／実施形態がより詳細に定義される。そのように定義された各局面／各実施形態は、それとは逆のことが明確に規定されない限り、他の任意の１つ以上の局面／実施形態と組合わされてもよい。特に、好ましいものまたは有利なものとして示される特徴はいずれも、好ましいものまたは有利なものとして示される他の任意の１つ以上の特徴と組合わされてもよい。
本発明者らは、第２のグラフェン層構造の酸化グラフェン面に対して位置合わせされたグラフェン層構造を含む改善されたグラフェンベースのダイオード、すなわちグラフェン／酸化グラフェンダイオード、を形成するための方法を発見した。
グラフェン層構造は複数の基板上で成長させる。当該基板のうちの１つは、酸化されて酸化グラフェンを形成する。これは、（グラファイトのために最初に開発された）ハマー法（Hummers method）によって実行され得る。酸化により、酸化の度合いに比例するバンドギャップが得られる。バンドギャップは電流整流をもたらすように配置されている。これにより、一方のバイアス方向では状態の密度が欠如しているが、他方のバイアス方向では状態の密度の欠如はない。本明細書に記載される方法は、任意のグラフェン転移プロセスの必要性をなくすことにより、容易なスケールアップ生産を可能にする。したがって、当該方法に含まれるプロセスステップの数がより少なくなる。
グラフェン層構造は、液体剥離、固体剥離、酸化・剥離・還元、およびインターカレーション・剥離などの方法によって準備され得る。これらの方法は、典型的には、個々のグラフェンシートをバルクから分離させるための方法としての（トップダウン方式での）剥離に依拠する出発原材料としてバルクグラファイトを採用する。遊離したグラフェン層が設けられる場合、これを基板に付着させることができる。グラフェンは、化学蒸着（chemical vapour deposition：ＣＶＤ）技術を用いて準備され得る。好ましくは、グラフェン層構造は、気相エピタキシー（ＶＰＥ）および／または有機金属化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）によって準備される。好ましくは、グラフェンは、ＷＯ２０１７／０２９４７０に開示される方法、すなわちＭＯＣＶＤ型技術、によって準備される。
ＭＯＣＶＤは、基板上に層を堆積させるための特定の方法のために用いられるシステムを説明するために用いられる用語である。この頭字語は有機金属化学蒸着を表わしているが、ＭＯＣＶＤは当技術分野における用語であり、一般的なプロセスおよびそのために用いられる装置に関連するものとして理解され得るが、必ずしも有機金属反応物の使用または有機金属材料の製造に限定されるものと見なされるわけではないだろう。むしろ、この用語が用いられる場合、当業者にとっては、プロセスおよび装置の特徴の一般的なセットであることが分かる。ＭＯＣＶＤは、システムの複雑さおよび精度によりＣＶＤ技術とはさらに異なっている。ＣＶＤ技術は、簡単明瞭な化学量論および構造での反応の実施を可能にする一方で、ＭＯＣＶＤは、難解な化学量論および構造の生成を可能にする。ＭＯＣＶＤシステムは、少なくともガス分配システム、加熱および温度制御システム、ならびに化学制御システムにより、ＣＶＤシステムとは異なっている。ＭＯＣＶＤシステムは、一般的には、典型的なＣＶＤシステムの少なくとも１０倍の費用がかかる。ＣＶＤ技術を用いても高品質のグラフェン層構造を達成することはできない。
ＭＯＣＶＤは、原子層堆積（atomic layer deposition：ＡＬＤ）技術から容易に区別することもできる。ＡＬＤは、望ましくない副生成物および／または過剰な試薬を除去するために用いられる洗浄ステップを間に挟んだ段階的な試薬の反応に依拠する。これは、気相中の試薬の分解または分離に依拠するものではない。これは、反応チャンバから除去するのに過度の時間を要するであろうシランなどの試薬を低蒸気圧で使用するのに特に適していない。グラフェンのＭＯＣＶＤ成長はＷＯ２０１７／０２９４７０において説明されている。
ＷＯ２０１７／０２９４７０の方法は、極めて良好な結晶品質、大きな材料粒径、最小限の材料欠陥、大きなシートサイズ、および自立性を含むいくつかの有利な特徴を備えた２次元材料を提供する。グラフェンは、当該技術分野においては周知の語であり、六方格子中の炭素原子の単層を含む炭素の同素体を指している。本明細書で用いられるグラフェンという語は、互いに重なり合った複数のグラフェン層を含む構造を包含する。グラフェン層という語は、本明細書で使用される場合、グラフェン単層を指している。上記グラフェン単層はドープされてもよいし、ドープされなくてもよい。本明細書中に開示されるグラフェンシートおよびグラフェン層構造は、層構造がグラフェン様特性を保持しているので、グラファイトとは異なる。
したがって、ＭＯＣＶＤによって第１の基板および第２の基板上にそれぞれ第１のグラフェン層および第２のグラフェン層を設けることが好ましい。本発明の利点は、グラフェンを基板上に直接成長させることで、グラフェン転移プロセスを不要にし、デバイス製造の複雑さを低減し得ることである。したがって、好ましい実施形態では、本明細書中に記載される方法はグラフェン転移ステップを含まない。すなわち、当該方法は、１つの基板から別の基板へのグラフェンまたは酸化グラフェンの転移を必要としない。
各グラフェン層構造は１つ以上のグラフェン層を含み得る。好ましくは、グラフェン層構造は、１～１００のグラフェン層、より好ましくは１～３０のグラフェン層を含む。
一実施形態では、第２のグラフェン層構造はドープされ、好ましくはｎ型ドープされる。第２の層のｎ型ドーピングはフェルミ準位ピニングの低減をもたらし得る。
本明細書に記載される第１のグラフェン層構造および第２のグラフェン層構造は、それぞれ第１の基板および第２の基板上に設けられる。本明細書に記載される方法において使用され得る例示的な基板は、ケイ素（silicon：Ｓｉ）、炭化ケイ素（silicon carbide：ＳｉＣ）、二酸化ケイ素（silicon dioxide：ＳｉＯ２）、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）およびＩＩＩ－Ｖ族半導体基板、またはこれらの２つ以上の組合せを含む。ＩＩＩ－Ｖ族半導体基板は、ＧａＮおよびＡｌＮなどのバイナリＩＩＩ－Ｖ族半導体基板、ならびに、ＩｎＧａＮ、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＡｓＰなどの３次、４次およびより高次のIＩＩ－Ｖ族半導体基板を含み得る。好ましくは、第１の基板および／または第２の基板は、ケイ素、炭化ケイ素、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、サファイアおよびＩＩＩ－Ｖ族半導体から選択される。
好ましくは、第１の基板および第２の基板の一方または両方は透過的である。すなわち、透過基板は、材料を通して可視光の透過を可能にするものである。好ましくは、透過基板は、５０％を超える可視光の透過率、より好ましくは７５％を超える可視光の透過率、９０％を超える可視光の透過率、最も好ましくは９５％を超える透過率を可能にする。有利には、透過基板、好ましくはサファイア、を用いることにより、着用可能な電子機器および可撓性のある電子機器、光起電用途、ならびにディスプレイ技術においてこのようなダイオードを用いることが可能となり得る。さらに、従来の半導体ダイオードと比べて、本明細書に記載されるダイオードの能動的なデバイス領域は、厚さが＜１０ｎｍと極めて薄くなっており、バルク半導体デバイスの場合の＞１００μｍとは対照的である。
本明細書に記載される方法は、第１のグラフェン層構造を酸化剤で処理して、その上に酸化グラフェン面を形成するステップを含む。第１のグラフェン層構造が酸化すると、ヒドロキシル基、エポキシ基およびカルボキシル基などの酸素種が第１のグラフェン層構造の表面上へと転移することとなる。酸化グラフェンは、典型的には、グラファイトの酸化・剥離によって合成される。強力な酸化剤を用いる場合、酸素種をグラファイト構造に導入して層分離を拡大することで（超音波処理などによって）剥離が可能になるが、材料を親水性にすることによっても水および他の有機溶媒中での溶解が可能となる。酸化グラフェンは当業者には公知である。酸化の程度は、使用される酸化条件、温度および酸化の期間に応じて異なり得る。典型的には、酸化グラフェンが有する炭素と酸素との比は２：１～５：１である。好ましくは、酸化グラフェン面を上に備えた第１のグラフェン層構造が有する炭素と酸素との比は２：１～３：１である。本発明者らは、これらの比により、純粋な酸化グラフェンなどでグラフェンの電気絶縁性を高め過ぎることなくバンドギャップの生成が可能になることを見出した。
本明細書に記載される方法は、基板上に設けられる（グラファイトではなく）第１のグラフェン層構造の酸化を含む。酸化剤での第１のグラフェン層構造の処理は、グラファイトの酸化・剥離に関して公知である方法と同等の方法を用いて、言い換えれば酸化溶液を用いて、実施されてもよい。特に、グラファイトの代わりにグラフェン被覆基板を用いる修正ハマー法（modified Hummer's method）を用いることが好ましい。好ましくは、当該方法は、グラフェン被覆基板を、硫酸、過マンガン酸カリウムおよび硝酸ナトリウムを含む酸化溶液で処理するステップを含む。したがって、当該方法は、従来の合成時にグラファイトの酸化により形成される酸化グラフェンを単離する必要なしに、グラフェンを直接酸化するステップを含む。
酸化剤での処理により酸化グラフェン面を形成する。すなわち、基板上に設けられたグラフェン層構造の露出面を酸化させて、エポキシド基、カルボニル基、カルボキシル基およびヒドロキシル基などのさまざまな酸素官能基を生成する。酸化により、結果として、（酸素含有量に関連し得る）酸化の度合いに比例したサイズを有するバンドギャップが生成されることとなる。したがって、第１のグラフェン層構造が、ドープされたグラフェン層構造である（したがって、すでに非ゼロのバンドギャップを有する）場合、名目上ゼロのバンドギャップを有する未ドープのグラフェン層構造から開始する場合に得られるのと同じ最終バンドギャップを達成するために、異なるレベルの酸化が必要となる。いずれの状況においても、酸化グラフェン面を有する処理済みグラフェン層構造のバンドギャップは、好ましくは約０．０１ｅＶ～約５ｅＶ、より好ましくは約０．０５ｅＶ～約３ｅＶ、最も好ましくは約０．１ｅＶ～約２ｅＶである。
理論によって制約されることは望ましいものではないが、本発明者らは、最終的なダイオードにおいて観察される電流整流がバンドギャップ生成に起因するものであることを見出した。したがって、電流の流れを再開させる一方のバイアス方向では状態の密度が欠如しており、他方の方向では状態の密度が増加していることにより、上記方向における電流の流れが可能となる。本発明者らはまた、酸素基が（グラフェン層構造の平面の上方に延びて）形成されることによりトンネル障壁を生成して整流特性を可能にすることを見出した。
本明細書に記載される方法はさらに、（基板上に設けられた未処理のグラフェン層構造である）第２のグラフェン層構造を、酸化グラフェン面が上に設けられるように処理された第１のグラフェン層構造の表面に対して位置合わせするステップを含む。
２つのグラフェン層構造同士を位置合わせするステップは、各グラフェン層構造の表面を互いに物理的に接触させることである。このステップは、好ましくは、グラフェン層構造に作用して層の剪断をもたらす可能性のある横方向の力を最小限に抑えつつ実行される。第１のグラフェン層構造および第２のグラフェン層構造は、ロバストなダイオードをもたらすために、クリップまたはクランプなどによって機械的に一緒に保持されることが好ましい。当該構造は、透明テープで包むことおよび／またはポリジメチルシロキサンに包み込むことによって保持されてもよい。
好ましい実施形態では、第１のグラフェン層構造および第１の基板のうちの少なくとも１つ、ならびに第２のグラフェン層構造および第２の基板のうちの少なくとも１つは、ダイオードを電気回路に接続するための１つ以上の電気接点を備える。電気接点は、導電性銀塗料などの導電性金属含有組成物を塗布することによって設けられてもよい。
電気接点が設けられる場合、第１のグラフェン層構造と第２のグラフェン層構造とを位置合わせするステップは、好ましくは、電気回路の形成を可能にするために、第１のグラフェン層構造および第１の基板のうちの少なくとも１つの電気接点が、第２のグラフェン層構造および第２の基板のうちの少なくとも１つの電気接点と接触しないように実行される。
好ましくは、当該方法はさらに、位置合わせされた第１のグラフェン層構造と第２のグラフェン層構造とを処理して複数のダイオードを形成するステップを含む。このステップは、各グラフェン層構造上に複数のパターンを作成するステップと、電気接点同士の接触を確実に防ぎながら、第１のグラフェン層構造と第２のグラフェン層構造とを互いに接触させるステップとを含み得る。
さらなる局面において、本明細書に記載される方法によって得ることができるダイオードが提供される。
図
ここで、以下の非限定的な図を参照して本発明をさらに説明する。
ここで、以下の非限定的な図を参照して本発明をさらに説明する。
図１は、実施例１に記載される方法によって形成される例示的なダイオードの両端に印加される場合の電流と電圧との関係を示す。図１はダイオードの強い整流効果を示しており、すなわち、ダイオードは、１Ｖを超える順方向バイアスでは、約１０μＡの電流および３Ｖで電流が流れることを可能にする一方で、無視できるほどの小さい電流が逆方向に流れることを可能にする。ダイオードは、少なくとも約－３Ｖまで電流の流れを制限する。言い換えれば、ダイオードのための降伏電圧は－３Ｖよりも大きい電圧である。この結果は、本明細書に記載される方法によって準備されたダイオードによって達成可能な改善された整流比を示している。
図２はグラフェン／酸化グラフェンダイオード１を示す。ダイオード１は、第１の基板１０上に設けられた第１のグラフェン層構造５を含む。ダイオード１はさらに、第２の基板２５上に設けられた、酸化グラフェン面２０を有する第２のグラフェン層構造１５を備える。第１の基板１０および第２の基板２５は好ましくはサファイアであるが、他の半導体材料も適切であるだろう。第１のグラフェン層構造５および第２のグラフェン層構造１５は好ましくは２層～６層のグラフェン層構造を含み、したがって、実質的に透明である。
酸化グラフェン面２０は、第１のグラフェン層構造５と接触している。酸化グラフェン面２０は、接着剤（図示せず）によって第１のグラフェン層構造５と接触した状態で保持され得る。
電気接点３０は、第１のグラフェン層構造５および第２のグラフェン層構造１５上に設けられる。これらは、より広い電気回路（図示せず）との接続のために電気トレース３５に接続される。
不活性ポリマーコーティング４０がダイオード構造の周囲に塗布されて、ダイオード１を絶縁し、当該ダイオード１に構造の完全性をもたらす。
実施例
実施例１
グラフェン層構造はサファイアウェハ上に設けられる。グラフェンで被覆されたサファイアウェハを２ｍｍ×５ｍｍ以上の大きさに切断する。切断されたウェハのアスペクト比は、電気接点がウェハ上に配置され得るとともに、電気接点を備えた等しいサイズのウェハへのクランプを可能にしながらも、２つのウェハの電気接点同士が接触することがないようなアスペクト比でなければならない。
実施例１
グラフェン層構造はサファイアウェハ上に設けられる。グラフェンで被覆されたサファイアウェハを２ｍｍ×５ｍｍ以上の大きさに切断する。切断されたウェハのアスペクト比は、電気接点がウェハ上に配置され得るとともに、電気接点を備えた等しいサイズのウェハへのクランプを可能にしながらも、２つのウェハの電気接点同士が接触することがないようなアスペクト比でなければならない。
次に、１５ｍＬの硫酸をビーカーに計り入れ、次いで、０．０６ｇの硝酸ナトリウムを計り入れて、これを５分間撹拌する。次いで、０．３６ｇの過マンガン酸カリウム（potassium permanganate：ＫＭｎＣ４）を混合物に添加して、５分間撹拌する。
この２ｍＬの混合物をバイアルに移し替え、さらに２ｍＬの硫酸を添加した後、１分間撹拌する。次いで、切断したウェハを溶液中に１０秒間浸漬する。ウェハを取出して、脱イオン水で２回すすぎ、窒素流下で乾燥させる。
導電性銀塗料を用いて、電気接点を乾燥ウェハの角に塗布し、次いで、１０分間乾燥させる。同じプロセスを未処理のウェハに対して実行する。
未処理のグラフェン被覆サファイアウェハのグラフェン面は、処理済みウェハの酸化グラフェン面に位置合わせされてクリップでクランプされる。この位置合わせは、銀の電気接点が互いに接触していない状態で、グラフェン層を剪断してしまう可能性がある横方向の力を最小限に抑えて当該グラフェン層に加えることで当該銀の電気接点が保持されるように設定される。
電線が、電気回路への接続のために電気接点に取付けられ、ダイオードの特性が確認される。
本明細書で用いられる場合、定冠詞「a」、「an」および不定冠詞「the」が付いた単数形は、特に文脈において明確な断りの無い限り、複数形も含む。
上述の詳細な説明は、説明および例示のために提供されたものであり、添付の特許請求の範囲を限定することを意図するものではない。本明細書に例示される現在好ましい実施形態の多くの変形例は、当業者にとって明らかであり得るとともに、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物の範囲内に収まり得る。
Claims (12)
- ダイオードを形成するための方法であって、
第１の基板上に第１のグラフェン層構造を設けるステップと、
第２の基板上に第２のグラフェン層構造を設けるステップと、
前記第１のグラフェン層構造を酸化剤で処理して、上に酸化グラフェン面を形成するステップと、
前記第２のグラフェン層構造を前記第１のグラフェン層構造の前記酸化グラフェン面に対して位置合わせするステップとを含む、方法。 - 前記第１のグラフェン層構造および前記第２のグラフェン層構造は、機械的に、および／または介在する接着剤で、共に保持される、請求項１に記載の方法。
- 前記第１のグラフェン層構造および前記第１の基板のうちの少なくとも１つ、ならびに前記第２のグラフェン層構造および前記第２の基板のうちの少なくとも１つは、前記ダイオードを電気回路に接続するための１つ以上の電気接点を備える、請求項１または２に記載の方法。
- 前記酸化剤は酸化溶液である、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
- 前記第１のグラフェン層および前記第２のグラフェン層は、ＭＯＣＶＤによって、それぞれ、前記第１の基板および前記第２の基板上に設けられる、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
- 前記第１のグラフェン層構造および前記第２のグラフェン層構造は、液体剥離、固体剥離、酸化・剥離・還元、またはインターカレーション・剥離によって、それぞれ、前記第１の基板および前記第２の基板上に設けられる、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
- 前記方法はさらに、位置合わせされた前記第１のグラフェン層構造および前記第２のグラフェン層構造を処理して複数のダイオードを形成するステップを含む、請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
- 前記第１の基板および／または前記第２の基板は、ケイ素、炭化ケイ素、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、サファイアおよびＩＩＩ－Ｖ族半導体から選択される、請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
- ダイオードであって、
第１の基板上に第１のグラフェン層構造を備え、前記第１のグラフェン層構造は酸化グラフェン面を有し、前記ダイオードはさらに、
第２の基板上に第２のグラフェン層構造を備え、
前記第２のグラフェン層構造の面は、前記第１のグラフェン層構造の前記酸化グラフェン面と位置合わせされて、前記酸化グラフェン面と接触している、ダイオード。 - 前記第１のグラフェン層構造および前記第１の基板のうちの少なくとも１つ、ならびに前記第２のグラフェン層構造および前記第２の基板のうちの少なくとも１つは、前記ダイオードを電気回路に接続するための１つ以上の電気接点を有する、請求項９に記載のダイオード。
- 請求項１０に記載のダイオードを備える電気回路であって、前記電気回路は前記電気接点に取付けられる電線を備える、電気回路。
- 前記酸化溶液は硫酸、過マンガン酸カリウムおよび硝酸ナトリウムを含む、請求項４に記載の方法。
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