用于制備石墨烯納米帶的結(jié)構(gòu)和方法
【專(zhuān)利摘要】公開(kāi)了小于3nm寬，更優(yōu)選小于1nm寬的石墨烯帶。在更優(yōu)選的實(shí)施方案中，存在多個(gè)石墨烯帶，其各自具有以下尺寸中一個(gè)的寬度：2個(gè)稠合在一起的苯環(huán)的長(zhǎng)度、3個(gè)稠合在一起的苯環(huán)長(zhǎng)度、4個(gè)稠合在一起的苯環(huán)的長(zhǎng)度和5個(gè)稠合在一起的苯環(huán)的長(zhǎng)度。在另一優(yōu)選實(shí)施方案中，帶的邊緣相互平行。在另一優(yōu)選實(shí)施方案中，帶具有至少一個(gè)扶手椅邊緣且具有更寬的寬度。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于制備石墨烯納米帶的結(jié)構(gòu)和方法
發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及窄帶結(jié)構(gòu)的石墨烯及其制備方法。更具體而言，本發(fā)明涉及石墨烯帶在電氣器件中的用途。
[0002]發(fā)明背景
[0003]現(xiàn)有摶術(shù)簡(jiǎn)沭
[0004]石墨烯定義為具有占據(jù)二維(2D)六角晶格的碳原子的石墨單層。過(guò)去已經(jīng)廣泛使用以模擬碳納米管(CNT)的電子結(jié)構(gòu)[參見(jiàn)R.Saito,G.Dresselhaus,M.S.Dresselhaus,Physical Properties of Carbon nanotubes, Imperial College Press, London,1998 ；T.Ando, Advances in Solid State Physics, Springer,Berlin, 1998,第 1-18 頁(yè)，S.Reich,C.Thomsen, J.Maultzsch，“碳納米管”，ffiley-VCH, 2004ISBN3-527-40386-8] ? 石墨烯為2D、零間隙(zero-gap)半導(dǎo)體，其顯示出電子能E(p)與2D動(dòng)量p之間的線性關(guān)系，SPE (P) =v0p (其中V。為載流子速度，
[0005]
【權(quán)利要求】
1.一種石墨烯帶，其寬度小于3nm。
2.一種石墨烯帶，其寬度小于1.5nm。
3.一種石墨烯帶,其寬度小于1nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的石墨烯帶，其中帶的寬度為如下尺寸之一:2個(gè)稠合在一起的苯環(huán)的長(zhǎng)度，3個(gè)稠合在一起的苯環(huán)的長(zhǎng)度，4個(gè)稠合在一起的苯環(huán)的長(zhǎng)度，和5個(gè)稠合在一起的苯環(huán)的長(zhǎng)度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的石墨烯帶，其中厚度的變化為小于I埃。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的一種或多種石墨烯帶，其中帶的邊緣彼此平行。
7.一種或多種石墨烯帶，其中各帶的表面與基質(zhì)的表面物理接觸。
8.根據(jù)權(quán)利要求4的一種或多種石墨烯帶，其中基質(zhì)為單晶。
9.根據(jù)權(quán)利要求4的一種或多種石墨烯帶，其中基質(zhì)為單晶并再現(xiàn)基質(zhì)的表面以形成具有單向取向的行。
10.根據(jù)權(quán)利要求4的一種或多種石墨烯帶，其中基質(zhì)為非極性基質(zhì)。
11.根據(jù)權(quán)利要求4的一種或多種石墨烯帶，其中基質(zhì)導(dǎo)致為單晶的表面。
12.根據(jù)權(quán)利要求4的一種或多種石墨烯帶，其中基質(zhì)導(dǎo)致當(dāng)將前體置于接近(例如范德華鍵距)基質(zhì)時(shí)石墨烯帶前體的最寬表面變得與基質(zhì)面面接觸。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的一種或多種帶，其中前體為如下一種或多種:蒽、萘、并四苯和并五苯。
14.具有至少一個(gè)扶手椅邊緣的小于IOnm寬的石墨烯帶。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的石墨烯帶,其小于3nm寬。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的石墨烯帶,其小于1.5nm寬。
17.根據(jù)權(quán)利要求14的石墨烯帶,其小于Inm寬。
18.根據(jù)權(quán)利要求14的石墨烯帶，其中帶的寬度為如下尺寸之一:2個(gè)稠合在一起的苯環(huán)的長(zhǎng)度，3個(gè)稠合在一起的苯環(huán)的長(zhǎng)度，4個(gè)稠合在一起的苯環(huán)的長(zhǎng)度，和5個(gè)稠合在一起的苯環(huán)的長(zhǎng)度。
19.根據(jù)權(quán)利要求14的石墨烯帶，其中厚度的變化為小于I埃。
20.根據(jù)權(quán)利要求16的一種或多種石墨烯帶，其中帶的邊緣相互平行。
21.—種或多種石墨烯帶，其具有扶手椅邊緣且各個(gè)帶的表面與基質(zhì)的表面物理接觸。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的一種或多種石墨烯帶，其中基質(zhì)為單晶。
23.根據(jù)權(quán)利要求21的一種或多種石墨烯帶，其中基質(zhì)為單晶且基質(zhì)表面具有由表面的松弛而產(chǎn)生的方向取向。
24.根據(jù)權(quán)利要求21的一種或多種石墨烯帶，其中基質(zhì)為非極性基質(zhì)。
25.根據(jù)權(quán)利要求21的一種或多種石墨烯帶，其中基質(zhì)導(dǎo)致為單晶的表面。
26.根據(jù)權(quán)利要求21的一種或多種石墨烯帶，其中基質(zhì)導(dǎo)致當(dāng)將前體置于基質(zhì)上時(shí)石墨烯帶前體的最寬表面變得與基質(zhì)表面-表面接觸。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的一種或多種石墨烯帶，其中前體為如下一種或多種:蒽、萘、并四苯和并五苯。
28.場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)結(jié)構(gòu)，其包含: 基質(zhì);置于基質(zhì)上的具有一個(gè)或多個(gè)納米帶的通道，其中各個(gè)納米帶具有小于IOnm的寬度和扶手椅邊緣； 在通道上的柵極絕緣體； 在柵極絕緣體上的柵極； 在通道的源側(cè)上的源電極；和 在通道的漏側(cè)上的漏電極。
29.制備石墨烯帶的方法，其包括步驟: a.將一種或多種聚芳族烴(PAH)前體放在基質(zhì)上； b.將UV光應(yīng)用于PAH上直至在相鄰PAH分子之間形成一個(gè)或多個(gè)分子間鍵；和 c.將熱應(yīng)用于PAH分子上以提高形成的分子間鍵的數(shù)目以產(chǎn)生石墨烯帶。
30.根據(jù)權(quán)利要求29的方法，其中前體為并苯類(lèi)的。
31.根據(jù)權(quán)利要求29的方法，其中前體為如下一種或多種:蒽、萘、并四苯和并五苯。
32.根據(jù)權(quán)利要求29的方法，其中UV光具有200-500nm的波長(zhǎng)。
33.根據(jù)權(quán)利要求29的方法，其中UV光具有290-350nm的波長(zhǎng)。
34.根據(jù)權(quán)利要求29的 方法，其中步驟Ic中應(yīng)用的熱與UV—起提供。
35.根據(jù)權(quán)利要求29的方法，其中熱以以下方法中的一種或多種應(yīng)用:常數(shù)函數(shù)、階梯函數(shù)、具有一個(gè)或多個(gè)增加的溫度的階梯函數(shù)，和線性溫度上升。
36.根據(jù)權(quán)利要求29的方法，其中基質(zhì)具有相對(duì)于沉積分子的單向取向。
37.根據(jù)權(quán)利要求36的方法，其中單向取向?yàn)槿缦乱环N或多種:結(jié)晶線性取向、表面再現(xiàn)和制造的表面條紋圖案。
38.根據(jù)權(quán)利要求29的方法，其中基質(zhì)為單晶。
39.根據(jù)權(quán)利要求29的方法，其中基質(zhì)為單晶且基質(zhì)表面具有由晶體限定的方向取向。
40.根據(jù)權(quán)利要求29的方法，其中基質(zhì)為非極性基質(zhì)。
41.根據(jù)權(quán)利要求29的一種或多種石墨烯帶，其中基質(zhì)導(dǎo)致當(dāng)將前體置于基質(zhì)上時(shí)，PAH的最寬表面變得與基質(zhì)表面-表面接觸。
42.制備場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)的方法，其包括以下步驟: 通過(guò)進(jìn)行如下步驟而產(chǎn)生石墨烯帶的通道: a.將一種或多種聚芳族烴(PAH)前體置于第一基質(zhì)上，所述第一基質(zhì)沉積于第二基質(zhì)上; b.將UV光應(yīng)用于PAH上直至在相鄰PAH分子之間形成一個(gè)或多個(gè)分子間鍵；和 c.將熱應(yīng)用于PAH分子上以提高形成的分子間鍵的數(shù)目以產(chǎn)生石墨烯帶；將柵極絕緣介質(zhì)沉積于通道上； 將柵極圖案化在柵極絕緣介質(zhì)上； 將載體層澆鑄在柵極上以充當(dāng)基板晶片； 除去第二基質(zhì)；和 將第一基質(zhì)圖案化以充當(dāng)源和漏電極以形成場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
43.根據(jù)權(quán)利要求42的方法，其中第一基質(zhì)為導(dǎo)電的。
44.根據(jù)權(quán)利要求42的方法，其中第一基質(zhì)為導(dǎo)電的且由如下材料中一種或多種構(gòu)成:金、鉬、鈕和鈦。
45.一種器件結(jié)構(gòu)，其具有與非導(dǎo)電基質(zhì)表面-表面接觸的兩個(gè)或更多個(gè)石墨烯帶，其中各個(gè)帶具有小于3nm的寬度且各個(gè)帶具有彼此平行的邊緣。
46.根據(jù)權(quán)利要求45的三端器件結(jié)構(gòu)，其進(jìn)一步包含: 物理連接在與帶接觸的表面相反的非導(dǎo)電基質(zhì)表面上的柵極導(dǎo)電接線； 電連接在一個(gè)或多個(gè)帶的第一端上的第一觸點(diǎn)；和 電連接在一個(gè)或多個(gè)帶的第二端上的第二觸點(diǎn)。
47.兩個(gè)或更多個(gè)石墨烯帶的平面，其中各個(gè)平面具有兩個(gè)或更多個(gè)寬度小于3nm的帶，且各個(gè)帶具有彼此平行的邊緣，其中一個(gè)平面具有與非導(dǎo)電基質(zhì)表面-表面接觸的石墨烯帶。
48.一種器件結(jié)構(gòu)，其具有與非導(dǎo)電基質(zhì)表面-表面接觸的兩個(gè)或更多個(gè)石墨烯帶，其中各個(gè)帶具有小于3nm的寬度，且各個(gè)帶具有彼此平行的邊緣，所述器件結(jié)構(gòu)具有彼此相鄰的第一和第二區(qū)域，其中第一區(qū)域?yàn)棣切蛽诫s的且第二區(qū)域?yàn)镻型摻雜的。
49.根據(jù)權(quán)利要求1的兩端子器件結(jié)構(gòu)，其進(jìn)一步包含: 電連接在η型慘雜區(qū)域上的弟一觸點(diǎn)；和 電連接在P型摻雜區(qū)域上的第二 觸點(diǎn)。
【文檔編號(hào)】B32B9/04GK103476582SQ201280018957
【公開(kāi)日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2012年3月16日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月18日
【發(fā)明者】C·蒂米特拉克普洛斯 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司