一种电子器件包括本体，所述本体包括所述本体的主要表面上的单晶区域。所述单晶区域具有与石墨烯基本晶格匹配的六边形晶体点阵，并且在所述单晶区域上设置至少一个石墨烯外延层。在目前优选实施例中，所述单晶区域包括多层六边形ＢＮ。一种制造这种电子器件的方法包括以下步骤：（ａ）提供本体，所述本体包括在所述本体的主要表面上的单晶区域。所述单晶区域具有与石墨烯基本晶格匹配的六边形晶体点阵，以及（ｂ）在所述区域上外延形成至少一个石墨烯层。在目前优选实施例中，步骤（ａ）进一步包括以下步骤：（ａ１）提供单晶石墨衬底，以及（ａ２）在所述衬底上外延形成多层单晶六边形ＢＮ。所述六边形ＢＮ层具有与石墨烯基本晶格匹配的表面区域，并且步骤（ｂ）包括在所述六边形ＢＮ层的所述表面区域上外延形成至少一个石墨烯层。描述了对ＦＥＴ的应用。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及包括石墨烯(graphene)层的电子器件。
技术介绍
在Physics Today中的最近的文章中，M. Wi lson评论了被称为石 墨烯的独特的二维凝聚态物质体系， 一种以蜂巢状六边形晶才各设置的碳 原子的单一的、 一个原子厚的层(即单层)。石墨烯是所有其它维数的 石墨状碳材料的结构单元。Wilson指出，石墨烯具有非凡的特性。首先，在环境条件下它稳定、 在化学性质上不活泼、并且是结晶状的。第二，它是半金属，因为它的 导带和价带正好在布里渊区中的离散点汇合。第三，石墨烯中的电子具 有零有效质量并且行为比常规大粒子更象光子。第四，它可以携带巨大 的电流密度-大约108A/cm2,大约比铜大两个数量级。最近几年科学家努力制造游离状态的单M石墨烯层。例如， 一个 组使用胶带从石墨晶体剥离弱束縛层，对着氧化的硅表面轻轻地摩擦那 些新层，并且然后在肉眼可见的屑中识别相对较少的单层小片。另一个组通过SiC表面的热分解制造超薄碳膜， 通常是三个石墨烯层。仅仅加热SiC到足以从表面蒸发Si,留下薄的碳 膜。然而，根据Wilson,生长单层片石墨烯仍存在问题-当在典型的制 造工艺期间被加热时，碳的单层最容易受到损害。另外，尽管Berger等人认为它们的碳膜是"外延生长"在SiC上， 但是它们的工艺实际上仅包括Si的蒸发；它并不包括"生长"，因为 所述术语按照惯例被用来描述标准制造技术例如分子束外延(MBE)和 化学汽相淀积(CVD)中的外延淀积。实际上，SiC和石墨烯具有大约20%的相对较大的晶格失配，对于在SiC衬底上淀积器件质量的外延石 墨层而言所述2 0 %的晶格失配通常太大。在器件电势的初步示范中，Berger等人介绍，大面积选通石墨沟 道FET结构在制冷温度(4K)下的电阻调制相当小(仅2%),因为栅 极仅覆盖源和漏电极之间的石墨膜的 一部分，剩下大的未选通的泄漏路 径。Berger等人的器件也净皮W. A. DeHeer等人在2004年12月16曰 公布的美国专利申请No. 2005/0253820中进行了描述。因此，本领域中仍然存在对基于石墨烯的器件的需要，在所述基于 石墨烯的器件中石墨烯被外延淀积在合适的、晶格匹配的衬底上。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面， 一种电子器件包括本体，所述本体包括 在本体的主要表面上的单晶区域，所述区域具有与石墨烯基本晶格匹配 的六边形晶体点阵；以及设置在所述区域上的至少一个石墨烯外延层。 在目前优选实施例中，单晶表面区域包括多层六边形BN,所述多层六边 形BN在每层内具有必要的六边形晶体点阵并且具有对石墨烯的小于大 约2%的晶格失配。另外，也优选在所述区域上仅设置单层石墨烯。根 据本专利技术的另一个方面， 一种制造电子器件的方法包括以下步骤(a) 提供本体，所述本体包括在本体的主要表面上的单晶区域，所述区域具 有与石墨烯基本晶格匹配的六边形晶体点阵，并且(b)在所述区域上 外延形成至少一个石墨烯层。在目前优选实施例中，步骤(a)进一步 包括以下步骤(al)提供单晶石墨衬底，以及U2)在衬底上外延形 成单晶六边形BN。六边形BN具有表面区域，其在每层内具有多层的六 边形晶体点阵，并且与石墨烯基本晶格匹配，以及步骤(b)包括在六 边形BN表面区域上外延形成石墨烯层。附图说明从下列结合附图的更详细的描述可以容易地理解本专利技术及其各个 特征和优点，其中图1是根据本专利技术的 一 个实施例的电子器件10的截面示意图； 图2是根据本专利技术的另一个实施例的电子器件20的截面示意图3是根据本专利技术的一个实施例的FET 30的截面示意图4是根据本专利技术的又一个实施例的FET 40的示意性顶视图5示出石墨的多层结晶结构。为了简单和清楚起见，仅示出三层石墨烯。石墨可以具有多于或少于三个石墨烯层；以及图6示出多层单晶六边形氮化硼(BN)的多层结晶结构。为了简单和清楚起见，仅示出三层六边形BN。六边形BN可以具有多于或少于三个石墨烯层。正如在此所用的，"在…中，，的意思包括"在…中"和"在…上，，， 并且"在…上"的意思包括"在…上"和"在…中，，。具体实施例方式现在参考图1,电子器件10包括本体12,所述本体12具有在本体 12的主要表面上的单晶区域12. 1。区域l2. 1具有与石墨烯基本晶才各匹 配的六边形晶体点阵，以及外延地设置在区域12.1上的至少一个石墨 烯层14。优选地，在区域12. 1上仅形成单层石墨烯。单石墨烯层避免 了与多层之间的缺陷相关的复杂性。然而，本专利技术打算在衬底上设置一 层以上的石墨烯。多个石墨烯层是否实用很大程度上取决于预期的器件 应用。例如，在其中多个石墨烯层可能必须被耗尽(例如当石墨烯层的 一部分形成FET沟道时)的器件(例如以下讨论的FET)中，石墨烯的半金属性质使得它难以在多于例如两个或三个的石墨烯层中实现充分 的耗尽。本体12可以完全是单晶材料，或它可以是单晶和非单晶材料的合 成物，只要表面区域12.1是单晶的并且具有必要的晶格匹配和六边形 晶体点阵。更具体地说，图5示出石墨的结晶结构，其呈现两个主要的 特征首先，它由石墨烯的多重叠层(即平面或片)Al、 Bl、 A2等构成； 并且其次，每层具有碳原子的六边形晶体点阵(开环)， 一个在六边形 的每个顶点处。如所示，晶体尺寸a = 2.455 A是在每个六边形中不相 邻的碳原子对之间(即奇数原子之间或偶数原子之间)的距离，键长b =1. 42 A是邻近原子之间的距离，并且d- 3. 345 A是邻近石墨烯层之 间的3巨离。因此，单晶区域12. 1的结晶结构应当基本等同于石墨的结晶结构。 如上所述，首先，其优选是与石墨的层Al、 Bl、 A2等相同或非常类似方式的多层；第二，它应当在每层内具有六边形晶体点阵；并且笫三， 它应当具有相同或非常类似的键长，特别是晶体尺寸a的大小。优选地， 单晶区域12. 1应当属于与石墨烯相同的结晶空间群(即，石墨的P63/mmc群)。通过要求石墨烯层14和区域12. 1基本上彼此晶格匹配，我们的意 思是它们之间晶格失配不超过大约2%。由于石墨的晶格常数ag并且因 此石墨烯的晶格常数a^是大约2. 455 ± 0.002 A , 区域12.1的 相应晶格常数ar应当大约是0. 98as<ar< 1. 02a" ( 1 )即，2.4059《a" 2.5041 ( 2 )如图6中所示，多层六边形氮化硼(BN)具有几乎与石墨相同的六 边形晶格，并且它属于与石墨相同的空间群(P63/mmc)。另外，它具有 晶格常数ab = 2. 50399 ± 0. 00005 A (根据Donnay等人的后两个特性， 见上)，其满足不等式(2)。此外，该形状的六边形BN具有键长b-1.45 A以及层间隔d=3. 33 A,所述两个常数都非常接近石墨烯的常 数。因此，该类型BN可以被用来形成区域12. 1，只要它可以被制造为 单晶。六边形的多层单晶BN在题名为"Synthesis of Boron Nitride from Oxide Precursors,"的文章中被M. Hubacek描述，其可以在因特网上URL http: 〃hubacek. ip/bn/bn,本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种器件，包括： 本体，所述本体包括在所述本体的主要表面上的单晶区域，所述区域具有与石墨烯基本晶格匹配的六边形晶体点阵，以及 设置在所述本体的所述区域上的至少一个石墨烯外延层。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：LN普菲菲尔，
申请(专利权)人：卢森特技术有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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