被硼和氮代替的石墨烯、其制造方法及具有其的晶体管技术

提供被氮和硼代替的石墨烯、其制造方法及具有其的晶体管，该石墨烯包括碳(C)原子被硼(B)原子和氮(N)原子部分地代替的结构。该石墨烯具有带隙。被硼和氮代替的石墨烯可用作场效应晶体管的沟道。该石墨烯可通过使用环硼氮烷或氨硼烷作为氮化硼(B-N)前体进行化学气相沉积(CVD)方法形成。

【技术实现步骤摘要】

示例性实施方式涉及被硼和氮代替的石墨烯、其制造方法及具有其的晶体管。
技术介绍
石墨烯是由碳(C)原子形成的六边形单层结构。石墨烯呈现优异的化学稳定性， 且具有半金属特性。该半金属特性归因于在仅一个点(即，狄拉克点)处彼此重叠的导带和价带。此外，石墨烯具有2维弹道传输特性。因而，石墨烯中电子的迁移率非常高。由于石墨烯是零带隙半导体，其中使用石墨烯作为沟道的场效应晶体管呈现非常大的关闭电流(off-current)和非常小的开-关比。因而，难以将石墨烯应用于场效应晶体管。为了使用石墨烯作为场效应晶体管的沟道，应在石墨烯中形成带隙。如果沟道宽度低于IOnm且边缘以扶手椅的形状形成，则由于尺寸效应而形成带隙。然而，难以图案化低于IOnm的沟道宽度，和更特别地，难以图案化扶手椅形状的边缘。
技术实现思路
示例性实施方式涉及被硼和氮代替的石墨烯、其制造方法及具有其的晶体管。提供被硼和氮代替以形成带隙的石墨烯和具有其的晶体管。另外的方面将在接着的描述中部分地阐明和部分地将从所述描述明晰，或者可通过所呈现的实施方式的实践获知。根据示例性实施方式，提供包括碳(C)原子被硼(B)原子和氮(N)原子部分地代替的结构的石墨烯，其中该石墨烯具有带隙。所述B原子和N原子可代替所述石墨烯的C原子的约1 % 约20%。所述B原子和N原子的密度之间的差低于1013cnT2。所述石墨烯的C原子被所述B原子和N原子基本上以相同的比例代替。根据示例性实施方式，提供包括由石墨烯形成的沟道的晶体管，其中通过用硼(B) 原子和氮(N)原子部分地代替碳(C)原子在所述石墨烯中形成带隙。根据示例性实施方式，提供通过使用环硼氮烷或氨硼烷作为氮化硼(B-N)前体进行化学气相沉积(CVD)方法来制造石墨烯的方法。附图说明由结合附图考虑的实施方式的下列描述，这些和/或其它方面将变得明晰和更易理解，其中图1为根据示例性实施方式的其中形成带隙的石墨烯的示意图；图2为显示根据密度泛函理论计算被B和N代替的石墨烯的带隙的结果的图；图3为根据示例性实施方式的其中形成带隙的石墨烯的示意图4为显示根据密度泛函理论计算被六边形氮化硼代替的石墨烯的带隙的结果的图；和图5为包括根据示例性实施方式的石墨烯的场效应晶体管的截面图。 具体实施例方式现在将参照其中示出一些示例性实施方式的附图更充分地描述各种示例性实施方式。然而，为了描述示例性实施方式，本文中公开的特定结构和功能细节仅仅是代表性的。因而，本专利技术可以许多替代形式体现且不应解释为限于仅本文中阐明的示例性实施方式。因此，应理解，不存在将示例性实施方式限于所公开的具体形式的意图，而是相反，示例性实施方式意在涵盖落入本专利技术范围内的所有变型、等同物和替换物。在附图中，为了清楚，可夸大层和区域的厚度，且在整个附图描述中，相同的附图标记是指相同的元件。尽管术语第一、第二等可在本文中用来描述各种元件，但是这些元件不应被这些术语限制。这些术语仅用来使一个元件区别于另一元件。例如，第一元件可称为第二元件， 和类似地，第二元件可被称为第一元件，而不脱离示例性实施方式的范围。如本文中所使用的术语“和/或”包括关联的列举项的一个或多个的任何和全部组合。应理解，如果一个元件称为与另一元件“连接”或“结合”，其可与所述另一元件直接连接或结合，或者可存在中间元件。相反，如果一个元件被称为与另一元件“直接连接” 或“直接结合”，则不存在中间元件。用于描述元件之间的关系的其它词语应以类似的方式解释(例如，“在......之间”对“直接在......之间”、“邻近的”对“直接邻近的”等)。本文中使用的术语仅仅是为了描述具体实施方式且不意在限制示例性实施方式。 如本文中所使用的单数形式“一种(个)(a，an)”和“该”也意在包括复数形式，除非上下文清楚地另作说明。应进一步理解，术语“含有”、“包括”和/或“包含”如果用在本文中，则表示存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组分，但不排除存在或添加一种或多种其它特征、整体、步骤、操作、元件、组分和/或其集合。为了便于描述，在本文中可使用空间相对术语(例如，“在......之下”、“在......下面”、“下部”、“在......上方”、“上部”等)来描述如图中所示的一个元件或特征与另外的元件或特征之间的关系。应理解，除图中所示的方位之外，空间相对术语还意在包括在使用或操作中的设备的不同方位。例如，如果翻转图中的设备，则被描述为“在”其它元件或特征“下面”或“之下”的元件将被定向在其它元件或特征的“上方”。因而，例如，术语“在......下面”可包括在......上方以及在......下面两种方位。设备可以其它方式定向(旋转90度或在其它方位上观察或定位)，并且本文中所使用的空间相关描述词应相应地解释。在本文中参考作为理想化实施方式(和中间结构)的示意图的横截面图描述示例性实施方式。这样，可预期所述图的形状由于例如制造技术和/或公差的变化。因而，示例性实施方式不应解释为限于在本文中所图示的区域的具体形状，而是可包括由例如制造产生的形状上的偏差。例如，图示为长方形的植入区域可具有圆形或曲线特征和/或在其边缘处的梯度(例如，植入浓度梯度)，而不是从植入区域到非植入区域的突变。同样，由植入形成的掩埋区可在介于掩埋区和穿过其可发生植入的表面之间的区域中引起一些植入。因而，图中所示的区域在本质上是示意性的，并且它们的形状不一定图示设备的区域的实际形状且不限制所述范围。还应注意，在一些替代实施中，所指明的功能/行为可不按照图中所指明的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能/行为，接连示出的两个图可实际上基本上同时执行或者可有时以相反的顺序执行。为了更具体地描述示例性实施方式，将参照附图详细描述各方面。然而，本专利技术不限于所描述的示例性实施方式。示例性实施方式涉及被硼和氮代替的石墨烯、其制造方法及具有其的晶体管。由于具有相同势能的两个电子态存在于石墨烯的费米能级处，石墨烯具有零带隙。具有相同势能的两个电子态存在于石墨烯的费米能级处的原因是石墨烯的晶胞内的两个电子形成子晶格对称。相反，具有被破坏的子晶格对称的六边形氮化硼呈现约5. 5eV的相对高的带隙。为了在石墨烯中形成带隙，必须破坏石墨烯的子晶格对称。在这点上，可用杂质或不同于碳的原子非对称地代替石墨烯中的碳(C)原子。例如，可通过用硼(B)原子代替C 原子在石墨烯中形成带隙。为了增大石墨烯的带隙，必须显著提高B的密度。或者，也可用氮(N)原子或其它原子而不是B原子来代替石墨烯中的C原子。当用B原子或N原子代替石墨烯的C原子时，在石墨烯中形成额外的电子或空穴。 因此，如果使用具有带隙的石墨烯作为场效应晶体管的沟道，过度的栅电压是形成载流子耗尽所必需的。图1为根据示例性实施方式的其中形成带隙的石墨烯的示意图。参照图1，在两个晶胞中形成由B和N组成的二聚体。在图1中所示的排列中，超晶胞由3X3个晶胞组成且被一对B-N 二聚体代替。所述超晶胞可被B原子和N原子代替，所述B原子和N原子各自为不同B-N 二聚体的部分。一个超晶胞包括九个晶胞，且所述晶胞各自具有两个C原子位置，且因此有2/18的杂质原子。 换言之，C原子的约11 %被杂质代替。图2为显示根据密度泛函理论计算被B本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．石墨烯，包括：碳（Ｃ）原子被硼（Ｂ）原子和氮（Ｎ）原子部分地代替的结构，其中所述石墨烯具有带隙。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：李晟熏，徐顺爱，禹轮成，郑现钟，许镇盛，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：KR