[发明专利]石墨烯器件及其制造和操作方法以及电子装置

说明书

示例实施方式涉及石墨烯器件及其制造和操作方法以及包括该石墨烯器件的电子装置。石墨烯器件是多功能的器件。石墨烯器件可以包括石墨烯层和功能材料层。石墨烯器件可以在开关器件/电子器件的结构内具有存储器器件、压电器件和光电器件中的至少一种的功能。功能材料层可以包括电阻变化材料、相变材料、铁电材料、多铁性材料、多稳态分子、压电材料、发光材料和光敏材料中的至少一种。

技术领域

示例实施方式涉及石墨烯器件及其制造和操作方法和/或包括该石墨烯器件的电子装置。

背景技术

二维(2D)材料通常是这样的单层或半层固体材料，其中原子形成期望的晶体结构或替代地形成预定或给定的晶体结构。2D材料的众所周知的示例是石墨烯。石墨烯是其中碳原子形成六边形结构的单层(单个原子层)结构。石墨烯可以具有通常为硅(Si)的电荷迁移率的至少100倍或更高的电荷迁移率(例如，2×10⁵cm²/vs)、通常为铜(Cu)的电流密度的至少100倍或更高的电流密度(例如，约10⁸A/cm²)、以及非常高的费米速度(VF)。因此，石墨烯已经作为可以克服现有技术中的材料的限制的下一代材料而引起关注。

至少由于上述原因，已经开展了应用石墨烯的器件的研究。然而，对应用石墨烯的器件的研究被局限于具有单一功能的器件。为了实现具有各种功能的电子器件，需要具有不同功能的多个器件，这些器件可以连接到(联接到)彼此。这导致工艺和设计方面的各种困难。

发明内容

示例实施方式涉及多功能的石墨烯器件。

示例实施方式涉及通过将具有期望的功能或替代地具有预定功能的功能材料层与石墨烯结合而能够在单个器件中执行各种功能的石墨烯器件。

示例实施方式涉及在开关器件/电子器件(例如，晶体管)的结构中具有存储器器件、压电器件和光电子器件中的至少一个的特性(功能)的石墨烯器件。

示例实施方式涉及制造该石墨烯器件的方法。

示例实施方式涉及操作该石墨烯器件的方法。

示例实施方式涉及包括该石墨烯器件的电子装置/电子电路/逻辑器件。

其他的示例实施方式将在以下的描述中被部分地阐述，并将部分地从该描述而变得明显，或者可以通过示例实施方式的实施而掌握。

根据至少一个示例实施方式，一种石墨烯器件包括：石墨烯层；第一电极，电连接到石墨烯层的第一区域；第二电极，对应于石墨烯层的第二区域；功能层，在石墨烯层和第二电极之间并具有非易失性存储器特性和压电特性中的至少一个；栅极，面对功能层，石墨烯层在两者之间；以及栅极绝缘层，在石墨烯层和栅极之间。

功能层可以包括电阻变化材料、相变材料、铁电材料、多铁性材料、多稳态分子以及压电材料中的至少一种。

功能层可以包括过渡金属氧化物(TMO)、硫族化物材料、钙钛矿材料、二维(2D)材料以及有机材料中的至少一种。

石墨烯器件还可以包括在功能层和石墨烯层之间的第一插入层和在功能层和第二电极之间的第二插入层中的至少一个。

第一和第二插入层可以是半导体或绝缘体。

栅极绝缘层可以在栅极上，石墨烯层可以在栅极绝缘层上，彼此间隔开的第一和第二电极可以在石墨烯层上，功能层可以在石墨烯层和第二电极之间。

石墨烯层可以在基板上，第一电极可以在石墨烯层的第一区域上，第二电极可以在石墨烯层的第二区域和基板之间，功能层可以在第二电极和石墨烯层之间，栅极绝缘层和栅极可以顺序地位于功能层上的石墨烯层上。

功能层可以包括n型半导体或p型半导体。

功能层可以包括双极性半导体。