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TW201603122A - 使用nh4f的n型摻雜石墨烯及電組件的製造方法，由該方法製成的石墨烯及電組件 - Google Patents

使用nh4f的n型摻雜石墨烯及電組件的製造方法，由該方法製成的石墨烯及電組件 Download PDF

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TW201603122A
TW201603122A TW104109669A TW104109669A TW201603122A TW 201603122 A TW201603122 A TW 201603122A TW 104109669 A TW104109669 A TW 104109669A TW 104109669 A TW104109669 A TW 104109669A TW 201603122 A TW201603122 A TW 201603122A
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蘭姆研究公司
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Abstract

本發明係關於利用氟化銨(NH4F)製造N型摻雜石墨烯與電組件的製造方法以及以此方法所製成之石墨烯與電組件。製造N型摻雜石墨烯之例示性製造方法包含：(a)製備石墨烯以及氟化銨(NH4F)；及(b)將石墨烯暴露至氟化銨(NH4F)，其中經由(b)可將氟層形成在石墨烯層之上與下表面的部分或全部上，且使銨離子物理吸附至石墨烯層之上與下表面的部分或全部或石墨烯層之碳原子之間的缺陷，藉此進行石墨烯之N型摻雜，並同時維持或更進一步地改善石墨烯之包含電荷遷移率的優異電特性。

Description

使用NH 4 F的N型摻雜石墨烯及電組件的製造方法，由該方法製成的石墨烯及電組件
本發明係關於N型摻雜石墨烯及電組件之製造方法以及藉此製造方法所製造出之石墨烯及電組件。更具體而言，本發明係關於利用氟化銨(NH4F)製造N型摻雜石墨烯及電組件之方法以及藉此方法所製造出之石墨烯及電組件。 [交互參考之相關申請案]
本申請案主張2014年3月26日申請名為「Method of manufacturing n-doped graphene and electrical component using  NH4F, and graphene and electrical component thereby」的韓國專利申請案KR 10-2014-0035302作為優先權母案，將其內容包含於此作為參考。
近來，業界試著利用奈米技術發展各種材料以提供超越傳統材料特性的效能。此類材料的一典型實例為石墨烯。石墨烯這種材料具有彼此鍵結之碳原子的二維平面結構且具有包含高電荷遷移率、優異機械強度、透明性等種種優點。其可利用現有的半導體製程技術製備，因此被視為是有潛力的下個世代材料。
施加石墨烯之電子材料的典型實例為因高電荷遷移率而具有高操作速度的電晶體通道。又，當其被施加至場效電晶體(FET)時，可大幅地改善操作頻率。然而，利用上述的石墨烯形成如FET的電組件實質上需要以電子或電洞摻雜石墨烯的製程。就此而言，電洞摻雜（即P型摻雜）可在製備石墨烯的過程中自然發生，藉此避免額外的製程，但電子摻雜（即N型摻雜）需要額外的製程。
現今已發展出的N型摻雜製程可被歸類為成長製程以及成長後的製程兩類。成長製程類的典型實例為化學氣相沉積(CVD)。此製程可被應用至製造純的石墨烯，但可被用於特定方式、俾使包含氮原子的氣體(氮氣或氨氣)被添加至氣體饋送，以將氮原子注射至碳原子之間的鍵結並同時成長石墨烯。在利用如此長成之N型石墨烯製造FET的情況中，基於場效所量測到的電荷遷移率約為200 ~ 450 cm2 /V·sec。
成長後的製程的實例包含熱處理製程與電漿處理製程，且熱處理製程可被細分為利用氣體的製程與利用高溫溶液的製程。利用氣體之製程的進行方式係以將經氧化的石墨烯(石墨烯氧化物)放置在充滿氨氣的氣體室中、然後經由高溫熱處理進行還原、同時進行N型摻雜。類似地，利用溶液的製程在將氨水溶液中之經氧化的石墨烯加熱至上至約200°C時同時進行還原與摻雜。 然而，上述的熱處理製程會產生問題，因為主要使用之經氧化的石墨烯即便在經過還原後，也難以回復成具有原始高電荷遷移率的石墨烯。
電漿處理製程係以下列方式進行：在充滿氨氣或氮氣的氣體室中產生電漿，然後使此類電漿與石墨烯緊密接觸以注射氮原子。此方法是有利的，因為利用CVD所成長之大面積的高品質石墨烯可受到電子摻雜，但此方法亦有缺點，因為在電漿處理後可能會在石墨烯中產生複數碳-氧鍵作為副產物而大幅地降低了石墨烯的電特性。
又，韓國專利申請案KR 10-2012-0099910 (2012年9月12日公開)揭露了一種石墨烯的N型摻雜製程，其包含：使基板10上的含碳源反應性氣體與熱反應以在基板10上成長石墨烯20；及藉著使用包含n型摻雜的蒸氣或摻雜溶液30摻雜此石墨烯20。圖1顯示根據上述傳統技術之利用摻雜溶液30來進行N型摻雜石墨烯20的製程。然而，即便使用此方法時，亦難以根本地解決上述問題。
雖然上述傳統方法能N型摻雜石墨烯，但石墨烯之包含電荷遷移率的電特性還是大幅衰退。因此，持續地需要能維持或改善石墨烯之電特性並同時進行N型摻雜石墨烯的方法，但目前未無適當的解決方案。
本發明人念茲在茲先前技術所遇到的上述問題，因此，本發明的一目的在於提供一種N型摻雜石墨烯及電組件的製造方法以及此方法所製造出之石墨烯及電組件，其中當石墨烯為N型時可維持或更改善石墨烯之包含電荷遷移率的優異電特性。
為了達到上述目的，本發明的一態樣提供一種N型摻雜石墨烯的製造方法，包含：(a)製備石墨烯與氟化銨(NH4F)；及(b)將該石墨烯暴露至該氟化銨(NH4F)，其中經由(b)、一氟層係形成在一石墨烯層之上與下表面的部分或全部上，且複數銨離子係物理吸附至該石墨烯層的該上與下表面的部分或全部或者吸附至該石墨烯層之複數碳原子之間的複數缺陷。
在(b)中將該石墨烯暴露至氟化銨(NH4F)的步驟可利用選自下列製程之任一者或兩或更多者的組合來加以進行：將該石墨烯浸沒至氟化銨(NH4F)水溶液的一製程、將氟化銨(NH4 F)水溶液噴塗至該石墨烯上的一製程、將該石墨烯暴露至氟化銨(NH4 F)蒸氣的一製程、及利用氟化銨(NH4 F)水溶液旋塗該石墨烯的一製程。
藉著調整氟化銨(NH4 F)水溶液的濃度、溫度及處理時間中的至少一者可將(b)中該石墨烯之摻雜程度控制至一預定範圍。
該方法更可包含：在(b)之後，(b1)熱處理已暴露至氟化銨(NH4 F)的該石墨烯。
又，(b1)中的該熱處理可在一製程條件下進行，俾使已物理吸附至該石墨烯之該複數銨離子的部分或全部可被轉換為吡咯-N、吡啶-N、或石墨-N。
本發明的另一態樣提供一種包含N型摻雜石墨烯之電組件的製造方法，其包含：(c)在一基板上形成一石墨烯；(d)形成一源極與一汲極電極；(e)蝕刻該石墨烯，藉此形成一石墨烯圖案；及(f)將形成在該基板上之該石墨烯圖案暴露至氟化銨(NH4 F)。
在(c)中，該基板可包含氮化矽、氧化矽、聚對苯二甲酸乙二酯、或聚醯亞胺。
在(f)中將該石墨烯圖案暴露至氟化銨(NH4 F)可利用選自下列製程之任一者或兩或更多者的組合來加以進行：將具有一石墨烯圖案的一基板浸沒至氟化銨(NH4 F)水溶液的一製程、將氟化銨(NH4 F)水溶液噴塗至一石墨烯通道上的一製程、將一石墨烯通道暴露至氟化銨(NH4 F)蒸氣的一製程、及利用氟化銨(NH4 F)水溶液旋塗一石墨烯通道的一製程。
藉著調整氟化銨(NH4 F)水溶液的濃度、溫度及處理時間中的至少一者，可將(f)中該石墨烯圖案之摻雜程度控制至一預定範圍。
該方法可更包含在(f)後，進行(g)熱處理已暴露至氟化銨(NH4 F)的該石墨烯圖案。
如此，在(g)中之該熱處理可在一製程條件下進行，俾使已物理吸附至該石墨烯圖案之複數銨離子的部分或全部可被轉換為吡咯-N、吡啶-N、或石墨-N。
該方法可更包含在(f)之後進行(h)於該石墨烯圖案上形成一保護膜。
在(h)中形成該保護膜的步驟可利用選自下列者的任何一製程加以進行：原子層沉積、化學氣相沉積、旋塗與網印。
在(h)中，該保護膜可包含選自下列者的任一者：氧化鋁、氧化矽、氧化鉿、氧化鋯、氧化鑭、氧化鎢、氮化硼、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯苯酚、聚三乙烯三甲基環三矽氧烷(pV3D3)與聚四乙烯四甲基環四矽氧烷(pV4D4)。
本發明的再另一態樣提供一種N型摻雜石墨烯，其包含：一石墨烯層；及形成在該石墨烯層之上與下表面之部分或全部上的一氟層，其中複數銨離子係物理吸附至該石墨烯層之該上與下表面的該部分或全部或者吸附至該石墨烯層之複數碳原子之間的複數缺陷。
如此，該石墨烯層的部分該碳原子可被吡咯-N、吡啶-N、或石墨-N取代。
本發明的更另一態樣提供一種包含N型摻雜石墨烯的電組件，其包含：上述之該N型摻雜石墨烯；具有該N型摻雜石墨烯形成在其一上表面上的一基板；及複數電極。
該基板可包含氮化矽、氧化矽、聚對苯二甲酸乙二酯、或聚醯亞胺。
又，一電晶體之一通道可以藉由該N型摻雜石墨烯形成，一源極與一閘極可以藉由該複數電極形成，一閘極更可形成在該基板的一下表面上，藉此形成一場效電晶體。
可使用包含一高摻雜濃度之矽層的一全背閘極作為該閘極。
電組件更可包含形成在該N型摻雜石墨烯之一上表面上的一保護膜。
保護膜可包含選自下列者的任何一者：氧化鋁、氧化矽、氧化鉿、氧化鋯、氧化鑭、氧化鎢、氮化硼、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯苯酚、聚三乙烯三甲基環三矽氧烷(pV3D3)與聚四乙烯四甲基環四矽氧烷(pV4D4)。
可以各種方式修改本發明且本發明可具有各種實施例。下面為參考附圖之特定實施例的詳細說明。
在下列說明中應瞭解，與本發明相關之已知技術的詳細說明可能會模糊本發明的焦點，故省略之。
第一、第二等詞可用以陳述不同的元件且此類元件並不限於上述詞彙。此些詞彙僅用以使此些元件彼此區隔。
利用如CVD的成長製程或如熱處理或電漿處理的成長後製程來形成N型摻雜石墨烯的傳統方式可能有問題，因為石墨烯之包含電荷遷移率的電特性可大幅衰退。因此，本發明提供一種製造N型摻雜石墨烯與電組件的方法、以及以此方法所製成之石墨烯與電組件，其中石墨烯係利用氟化銨(NH4 F)摻雜或亦受到熱處理，故石墨烯受到氟離子圍繞，藉此減少因與如水分子的外部材料碰撞所造成的散射，此種散射會使得電荷在石墨烯中移動時損失能量。又，銨離子係物理吸附至石墨烯的上與下表面或石墨烯之碳-碳鍵的缺陷而不會產生可阻礙電荷移動的新缺陷，或者碳原子係被氮原子取代，藉此在進行石墨烯之N型摻雜的同時維持或更進一步改善石墨烯之包含電荷遷移率的優異電特性。
在本發明中有用的氟化銨(NH4 F)水溶液可改變各種包含濃度、溫度與處理時間的條件，且可有各種例示性的實施例。下面為原理的詳細說明以及不論摻雜因素之特定條件的摻雜結果。
圖2顯示根據本發明一實施例，利用氟化銨(NH4 F)水溶液製造包含N型摻雜石墨烯之電組件的製造方法流程圖。如圖2中所示，根據本發明一實施例，利用氟化銨水溶液製造包含N型摻雜石墨烯之電組件的製造方法包含：將石墨烯轉移至氮化矽/矽(Si3 N4 /Si)基板上(S210)、形成源極/汲極電極(S220)、圖案化石墨烯通道(S230)、利用氟化銨水溶液處理石墨烯通道(S240)、進行熱處理(S250)及沉積氧化鋁(Al2 O3 )(S260)。
在下面將以一步接著一步的方式具體說明根據本發明一實施例利用NH4 F水溶液製造包含N型摻雜石墨烯之電組件的製造方法。首先，將石墨烯轉移至氮化矽/矽(Si3 N4 /Si)基板上的步驟(S210)係如下所述。在此步驟中，將已製備之石墨烯薄片轉移至已製備之氮化矽/矽(Si3 N4 /Si)基板上，藉此形成用以製造電組件的基本結構。
在根據本發明之特定實施例製造樣本後，配置基板俾使厚度90 nm的氮化矽(Si3 N4 )沉積至矽(Si)層上、且矽層係由P+摻雜Si所構成以作為背閘極。如此，氮化矽(Si3 N4 )具有絕緣體的功能且可利用如低壓CVD、電漿增強CVD等的製程形成。
只要能轉移石墨烯，亦可使用如氧化矽/矽、聚對苯二甲酸乙二酯或聚醯亞胺的任何基板來取代氮化矽/矽(Si3 N4 /Si)基板。
接著，利用一濕式轉移法或乾式轉移法將石墨烯轉移至已製備好的氮化矽/矽(Si3 N4 /Si)基板上。
又，不一定要轉移預形成的石墨烯薄片，在某些情況中可藉由適當的製程將石墨烯直接形成在氮化矽/矽(Si3 N4 /Si)基板上。
接著，形成源極/汲極電極(S220)。源極/汲極電極構成場效電晶體(FET)的複數電極。在本發明的一實施例中，利用金(Au)作為此些電極之金屬、並以鈀(Pd)形成附著層以增進金的附著來製造測試樣本。附著層的材料不必要限制為Pd，只要能夠增進金與基板之間的附著，可不受特定限制地使用任何金屬。為了利用上述金屬形成期望的電極圖案，利用負光阻進行微影製程、利用CVD沉積電極金屬及進行後續的剝除製程。
接著，圖案化石墨烯通道(S230)。為製造具有期望寬度與長度的通道，利用負光阻進行微影製程，之後利用氧電漿蝕刻非石墨烯通道的區域。
接著，利用氟化銨水溶液處理石墨烯通道(S240)。將藉由上述程序所製造獲得之具有石墨烯通道的基板浸沒於氟化銨水溶液中，使石墨烯通道變成N摻雜的狀態。如此，可依據氟化銨水溶液的濃度、溫度與時間變化摻雜程度。考慮到前述因素，較佳係預先決定好上述的製程條件。
如圖3(a)中所示，以水溶液中之氟離子(F- )與銨離子(NH4 + )之原子團的形式來提供氟化銨(NH4 F)。是以，如圖3(b)中所示，當石墨烯被浸沒至溶液中時，石墨烯會被氟離子(F- )圍繞而銨離子(NH4 + )會物理吸附至石墨烯的表面上、或物理吸附至存在於石墨烯中的缺陷，即石墨烯之碳原子之間的鍵結不連續或不匹配點。可在不產生會阻礙石墨烯中之電荷移動的新缺陷的情況下進行N型摻雜，是以可製造N型摻雜石墨烯並同時維持或更進一步改善石墨烯之包含電荷遷移率的優異電特性。
又，除了以上述方式將具有石墨烯通道的基板浸沒於氟化銨水溶液外，若有必要可使用將氟化銨(NH4 F)水溶液噴塗至石墨烯通道上的製程、將石墨烯通道暴露至氟化銨(NH4 F)蒸氣的製程、或以氟化銨(NH4 F)水溶液旋塗石墨烯通道的製程。
接著，為了更穩定地製造N型摻雜石墨烯，進行熱處理製程 (S250)。藉著熱處理製程，如圖3(c)中所示，氟化銨(NH4 F)之部分或全部銨離子可轉變為吡咯-N、吡啶-N或石墨-N，藉此可避免銨離子因揮發所造成的外在條件等而分離，從而獲得更穩定的結構。
更具體而言，在本發明的一實施例中，在300°C 且2×10-6 Torr的真空環境中進行熱處理製程10小時。如此，可根據需求變化如壓力、溫度與時間的製程條件。
最後，沉積氧化鋁 (Al2 O3 )(S260)。為了在此步驟中更穩定地維持N型摻雜效應，在石墨烯通道上形成由氧化鋁 (Al2 O3 )所製成的保護膜，藉此抑制石墨烯特性在外部條件下惡化。除了使用Al2 O3 作為保護膜外，只要其不會降低石墨烯之特性且可避免與外部接觸，可不特別限制地使用任何材料，如氧化矽、氧化鉿、氧化鋯、氧化鑭、氧化鎢、氮化硼、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯苯酚、聚三乙烯三甲基環三矽氧烷(pV3D3)、聚四乙烯四甲基環四矽氧烷(pV4D4)等。
考慮基板的特性，可利用適當地選自下列者的任一製程來形成保護膜：原子層沉積(ALD)、CVD、旋塗與網印。
至於在本發明一實施例中的測試樣本，利用ALD 將Al2 O3 沉積至5 nm的厚度。
具體而言，圖3(a)至3(c)顯示在熱處理經浸沒至氟化銨(NH4 F)水溶液中之石墨烯時所發生的現象。如圖3(a)中所示，在水溶液中，氟化銨被分割為氟離子(F- )與銨離子(NH4 + )。由於氟離子(F- )係帶負電荷，其係附著至帶正電荷之石墨烯的表面，而使石墨烯電中性。若只有氟離子存在時，石墨烯的迪拉克電壓(Dirac voltage)會上升至0 V。當石墨烯的表面受到氟離子圍繞時，會阻礙石墨烯與如水分子與離子的外部材料作原子接觸，是以可降低電荷在石墨烯中移動時被外部材料散射的程度，藉此改善電荷遷移率。
另一方面，當銨離子(NH4 + )附著至石墨烯之表面或其碳-碳鍵的缺陷，其會捐贈電子而藉此使中性的石墨烯再次帶負電荷，並進行N型(電子)摻雜使迪拉克電壓變得低於0 V。
又，為了達到期望的電子摻雜，可較佳地藉由成長後製程來減少或增加石墨烯之碳原子之間的缺陷量，或者可較佳地調整氟化銨水溶液處理時的濃度、溫度與時間。
又，熱處理石墨烯，部分或全部銨離子可被轉換為吡咯-N、吡啶-N、或石墨-N，因此形成圖3(b)或3(c)中所示的結構而導致更穩定的結構。
圖4A、4B與4C顯示使用石墨烯的背閘極電晶體400以及其摻雜製程。圖4A顯示使用石墨烯之背閘極電晶體400的結構而圖4B概略地顯示N型摻雜製程。圖4C之橫剖面圖顯示更提供保護膜之使用N型石墨烯的背閘極電晶體。
如圖4A中所示，配置使用石墨烯的背閘極電晶體400，俾以將氮化矽層440沉積於高摻雜濃度之矽層 450上以形成一基板、將石墨烯 410轉移至基板上、並沉積電極金屬Au/Pd以形成源極420與汲極430。高摻雜濃度之矽層 450係用以作為全背閘極而氮化矽層440具有絕緣體的作用，因此可操作使用石墨烯410作為通道的背閘極電晶體。
圖4B概略地顯示石墨烯的N型摻雜製程。具體而言，將預定量的氟化銨水溶液置於如鐵弗龍燒杯的容器中，將已製備好的樣本浸沒於燒杯中一段預定時間，藉此完成石墨烯的N型摻雜製程。
圖4C顯示一結構，在此結構中藉著將氧化鋁膜460沉積至石墨烯410的表面上而形成保護膜，以維持穩定的N型摻雜。
如前所述，當利用石墨烯形成背閘極電晶體時，可維持石墨烯之包含高電荷遷移率的優異電特性、並且提供N型石墨烯通道。相較於傳統的電組件，可大幅地提昇包含操作速度或操作頻率的電特性。又，如圖4C所見，電組件更包含如氧化鋁膜460的保護膜，以避免石墨烯通道的特性因外部條件而惡化，藉此獲得更穩定操作的電組件。
圖5顯示根據氟化銨水溶液之處理時間的迪拉克電壓變化。如圖5中所示，當處理時間增加時，迪拉克電壓會自正值(電洞摻雜)經過0 V變化至負值(電子摻雜)，這可由實驗證實。
所用之氟化銨水溶液的濃度為40%，可變化濃度以調整摻雜石墨烯的量以及暴露時間。如圖5中所示，基於40%大量濃度，當將基板暴露至水溶液的暴露時間設定為10分鐘或更長時，摻雜可能會變得飽和。如此，可根據水溶液的濃度與溫度自然地差異設定。
圖6顯示，在利用氟化銨水溶液進行處理之前與之後的電荷遷移率變化。如圖6中所示，不若傳統的N型摻雜，在N型(電子)摻雜後，石墨烯的電荷遷移率並未降低而是增加。是以，根據本發明之N型摻雜石墨烯以及使用此N型摻雜石墨烯之電組件的特性可大幅地改善。
圖7顯示一圖，說明當5μm厚的氧化鋁膜被沉積至N型摻雜石墨烯上時，在空氣中摻雜效應隨著時間的維持。當未沉積氧化鋁膜時，在空氣中的石墨烯隨著時間會被水氣與氧再次P型摻雜，是以迪拉克電壓會變化為正值。相對地，當沉積氧化鋁膜時，在空氣中迪拉克電壓不會明顯地變化。因此，在石墨烯上形成保護膜能長時間地維持石墨烯的摻雜效應。
如前所述，本發明提供N型摻雜石墨烯及電組件的製造方法以及此方法所製造出之N型摻雜石墨烯及電組件。根據本發明，當利用氟化銨(NH4 F)摻雜石墨烯或亦對其熱處理時，石墨烯被氟離子所圍繞，因此減少了因為與外部材料碰撞所造成的散射，此種散射會使得電荷在石墨烯中移動時能量損失。又，銨離子可物理吸附至石墨烯的上與下表面或石墨烯的碳-碳鍵之缺陷、而不產生會阻礙電荷移動的新缺陷，或者一個碳原子可被一個氮原子所取代。藉此，在對石墨烯進行N型摻雜的同時可維持或更進一步地改善石墨烯之包含電荷遷移率的優越電特性。
雖然為了說明性的目的已說明了本發明的較佳實施例，但熟知此項技藝者應瞭解，在不脫離隨附申請專利範圍所揭露之本發明精神與範疇的條件下，可對本發明進行各種修改、增加與取代。是以，本發明的實施例不限制本發明之精神而是用以解釋之。又，當瞭解，本發明之保護範疇係由下面的申請專利範圍所界定，範圍內之所有技術概念的等效物係被包含於本發明的範疇內。
10‧‧‧基板
20‧‧‧石墨烯
30‧‧‧摻雜溶液
400‧‧‧背閘極電晶體
410‧‧‧石墨烯
420‧‧‧源極
430‧‧‧汲極
440‧‧‧氮化矽層
450‧‧‧高摻雜濃度之矽層
460‧‧‧氧化鋁膜
S210‧‧‧將石墨烯轉移至氮化矽/矽(Si3N4/Si)基板上
S220‧‧‧形成源極/汲極電極
S230‧‧‧圖案化石墨烯通道
S240‧‧‧利用NH4F水溶液處理石墨烯通道
S250‧‧‧進行熱處理
S260‧‧‧沉積Al2O3
由下列配合附圖之詳細說明可更清楚地瞭解本發明的上面與其他目的、特徵以及優點，圖示係關於概念並顯示N型摻雜後的結果，將圖示包含於詳細說明的一部分以協助瞭解本發明：
圖1顯示根據傳統技藝利用摻雜溶液的石墨烯N型摻雜製程；
圖2為根據本發明一實施例之流程圖，說明利用氟化銨水溶液製造包含N型摻雜石墨烯之電組件的製造方法；
圖3(a)、3(b)與3(c)顯示根據本發明一實施例使用氟化銨水溶液的N型摻雜原理；
圖4A、4B 與4C顯示根據本發明一實施例之使用石墨烯以及其摻雜製程的背閘極電晶體；
圖5顯示根據本發明一實施例之取決於水溶液處理時間的N型摻雜石墨烯的迪拉克電壓；
圖6顯示根據本發明一實施例之取決於水溶液處理時間的石墨烯的電荷遷移率；及
圖7顯示根據本發明一實施例之經氧化鋁處理之石墨烯隨著時間變化的迪拉克電壓。
S210‧‧‧將石墨烯轉移至氮化矽矽(Si3N4/Si)基板上
S220‧‧‧形成源極/汲極電極
S230‧‧‧圖案化石墨烯通道
S240‧‧‧利用NH4F水溶液處理石墨烯通道
S250‧‧‧進行熱處理
S260‧‧‧沉積Al2O3

Claims (22)

  1. 一種N型摻雜石墨烯的製造方法，包含： (a) 製備一石墨烯與氟化銨(NH4 F)；及 (b) 將該石墨烯暴露至該氟化銨(NH4 F)， 其中經由(b)，一氟層係形成在一石墨烯層之上與下表面的部分或全部上，且複數銨離子係物理吸附至該石墨烯層的該上與下表面的部分或全部、或者吸附至該石墨烯層之複數碳原子之間的複數缺陷。
  2. 如申請專利範圍第1項之N型摻雜石墨烯的製造方法，其中在(b)中將該石墨烯暴露至該氟化銨(NH4 F)的步驟可利用選自下列製程之任一者或兩或更多者的組合來加以進行：將該石墨烯浸沒至氟化銨(NH4 F)水溶液的一製程、將氟化銨(NH4 F)水溶液噴塗至該石墨烯上的一製程、將該石墨烯暴露至氟化銨(NH4 F)蒸氣的一製程、及利用氟化銨(NH4 F)水溶液旋塗該石墨烯的一製程。
  3. 如申請專利範圍第1項之N型摻雜石墨烯的製造方法，其中藉著調整氟化銨(NH4 F)水溶液的濃度、溫度及處理時間中的至少一者可將(b)中該石墨烯之摻雜程度控制至一預定範圍。
  4. 如申請專利範圍第1項之N型摻雜石墨烯的製造方法，其步驟更包含：在(b)之後，進行(b1)熱處理已暴露至該氟化銨(NH4 F)的該石墨烯。
  5. 如申請專利範圍第4項之N型摻雜石墨烯的製造方法，其中(b1)中的該熱處理步驟可在一製程條件下進行，俾使已物理吸附至該石墨烯之該複數銨離子的部分或全部被轉換為吡咯-N、吡啶-N、或石墨-N。
  6. 一種包含N型摻雜石墨烯之電組件的製造方法，包含： (c) 在一基板上形成一石墨烯； (d) 形成一源極與一汲極電極； (e) 蝕刻該石墨烯，藉此形成一石墨烯圖案；及 (f) 將形成在該基板上之該石墨烯圖案暴露至氟化銨(NH4 F)。
  7. 如申請專利範圍第6項之包含N型摻雜石墨烯之電組件的製造方法，其中在(c)中，該基板包含氮化矽、氧化矽、聚對苯二甲酸乙二酯、或聚醯亞胺。
  8. 如申請專利範圍第6項之包含N型摻雜石墨烯之電組件的製造方法，其中在(f)中將該石墨烯圖案暴露至該氟化銨(NH4 F)的步驟可利用選自下列製程之任一者或兩或更多者的組合來加以進行：將具有該石墨烯圖案的該基板浸沒至氟化銨(NH4 F)水溶液的一製程、將氟化銨(NH4 F)水溶液噴塗至一石墨烯通道上的一製程、將一石墨烯通道暴露至氟化銨(NH4 F)蒸氣的一製程、及利用氟化銨(NH4 F)水溶液旋塗一石墨烯通道的一製程。
  9. 如申請專利範圍第6項之包含N型摻雜石墨烯之電組件的製造方法，其中藉著調整氟化銨(NH4 F)水溶液的濃度、溫度及處理時間中的至少一者可將(f)中該石墨烯圖案之摻雜程度控制至一預定範圍。
  10. 如申請專利範圍第6項之包含N型摻雜石墨烯之電組件的製造方法，更包含在(f)後、進行(g)熱處理已暴露至該氟化銨(NH4 F)的該石墨烯圖案。
  11. 如申請專利範圍第10項之包含N型摻雜石墨烯之電組件的製造方法，其中在(g)中之該熱處理步驟可在一 製程條件下進行，俾使已物理吸附至該石墨烯圖案之複數銨離子的部分或全部被轉換為吡咯-N、吡啶-N、或石墨-N。
  12. 如申請專利範圍第6項之包含N型摻雜石墨烯之電組件的製造方法，更包含：在(f)之後、進行(h)於該石墨烯圖案上形成一保護膜。
  13. 如申請專利範圍第12項之包含N型摻雜石墨烯之電組件的製造方法，其中在(h)中形成該保護膜的步驟可利用選自下列者的任何一製程加以進行：原子層沉積、化學氣相沉積、旋塗與網印。
  14. 如申請專利範圍第12項之包含N型摻雜石墨烯之電組件的製造方法，其中在(h)中，該保護膜可包含選自下列者的任一者：氧化鋁、氧化矽、氧化鉿、氧化鋯、氧化鑭、氧化鎢、氮化硼、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯苯酚、聚三乙烯三甲基環三矽氧烷(pV3D3)與聚四乙烯四甲基環四矽氧烷(pV4D4)。
  15. 一種N型摻雜石墨烯，包含： 一石墨烯層：及 形成在該石墨烯層之上與下表面之部分或全部上的一氟層， 其中複數銨離子係物理吸附至該石墨烯層之該上與下表面的該部分或全部、或者吸附至該石墨烯層之複數碳原子之間的複數缺陷。
  16. 如申請專利範圍第15項之N型摻雜石墨烯 ，其中該石墨烯層的部分該碳原子被吡咯-N、吡啶-N、或石墨-N取代。
  17. 一種電組件，包含： 如申請專利範圍第15或16項之N型摻雜石墨烯； 具有該N型摻雜石墨烯形成在其一上表面上的一基板；及 複數電極。
  18. 如申請專利範圍第17項之電組件，其中該基板包含氮化矽、氧化矽、聚對苯二甲酸乙二酯、或聚醯亞胺。
  19. 如申請專利範圍第17項之電組件，其中一電晶體之一通道係以該N型摻雜石墨烯形成， 一源極與一閘極係以該複數電極形成， 一閘極更形成在該基板的一下表面上，藉此形成一場效電晶體。
  20. 如申請專利範圍第19項之電組件，其中該閘極包含一高摻雜濃度之矽層的一全背閘極。
  21. 如申請專利範圍第17項之電組件，更包含形成在該N型摻雜石墨烯之一上表面上的一保護膜。
  22. 如申請專利範圍第21項之電組件，其中該保護膜包含選自下列者的任何一者：氧化鋁、氧化矽、氧化鉿、氧化鋯、氧化鑭、氧化鎢、氮化硼、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯苯酚、聚三乙烯三甲基環三矽氧烷(pV3D3)與聚四乙烯四甲基環四矽氧烷(pV4D4)。
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