二元变化。类似地， 通过注入形成的埋入区可以导致在埋入区与通过其发生注入的表面之间的区域中的某些 注入。因此，附图所示的区域在本质上是示意性的，它们的形状并不旨在示出器件的区域的 真实形状，也不旨在限制示例实施方式的范围。
[0088] 除非另行定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）都具有示例实 施方式所属领域内的普通技术人员所通常理解的同样的含义。还将理解的是，诸如通用词 典中所定义的术语，除非这里明确地如此定义，否则应当被解释为具有与它们在相关领域 的语境中的含义相一致的含义，而不应被解释为理想化的或过度形式化的意义。如这里所 用的，诸如"......中的至少一个"的术语，当在一列元件之后时，修饰整列元件，而不修饰 该列表的单个元件。在下文，将参照附图更充分地描述根据示例实施方式的石墨烯器件、制 造和操作石墨烯器件的方法以及包括该石墨烯器件的电子装置。在附图中，为了清晰，层和 区域的宽度和厚度被夸大。附图中的相同的附图标记指代相同的元件。
[0089] 图1是根据示例实施方式的石墨烯器件的截面图。根据本实施方式的石墨烯器件 可以是多功能的石墨烯器件。
[0090] 参照图1，根据本实施方式的石墨烯器件可以包括石墨烯层GP10和接触石墨烯层 GP10的功能层F10。石墨烯层GP10可以包括约1至约100层（或约1至约10层）的石墨 烯。换句话说，石墨烯层GP10可以由单个石墨烯层或约100个或更少的石墨烯层（或约 10个或更少的石墨烯层）的叠层形成，或包括单个石墨烯层或约100个或更少的石墨烯层 (或约10个或更少的石墨烯层）的叠层。功能层F10可以是具有期望的功能或替代地具有 预定的功能的层。将在后面具体地描述功能层F10。
[0091] 电连接到石墨烯层GP10的第一区域的第一电极E10可以被包括。第二电极E20可 以被包括以对应于石墨烯层GP10的第二区域。第一电极E10可以是源电极，第二电极E20 可以是漏电极。替代地，第一电极E10可以是漏电极，第二电极E20可以是源电极。功能层 F10可以在石墨烯层GP10和第二电极E20之间。面对功能层F10的栅极G10可以被包括， 石墨稀层GP10在功能层F10与栅极G10之间。栅极绝缘层GI10可以在石墨稀层GP10和 栅极G10之间。
[0092] 在需要时，第一插入层N10可以在功能层F10和石墨稀层GP10之间。第二插入层 N20可以在功能层F10和第二电极E20之间。第一和第二插入层N10和N20可以是半导体 或绝缘体。第一和第二插入层N10和N20可以由二维的（2D)材料或除了 2D材料之外的材 料（例如，体材料）形成，或包括二维的（2D)材料或除了 2D材料之外的材料（例如，体材 料）。第一和第二插入层N10和N20中的一个可以被包括，或者它们两者都可以被包括。当 第一和第二插入层N10和N20都被包括时，它们可以具有不同的特性或相同的特性。替代 地，第一和第二插入层N10和N20可以都没有被包括。
[0093] 根据本实施方式，栅极绝缘层GI10可以在栅极G10上，石墨烯层GP10可以在栅极 绝缘层GI10上。彼此间隔开的第一和第二电极E10和E20可以在石墨烯层GP10上。功能 层F10可以在石墨烯层GP10与第二电极E20之间。在这种情况下，栅极G10可以用作基板。 替代地，专门的基板（未示出）可以进一步在栅极G10下面。
[0094] 功能层F10可以是具有期望功能或替代地具有预定功能的材料层并可以包括半 导体或电介质（绝缘体）。功能层F10可以具有非易失性存储器特性、压电特性和光电转换 特性中的至少一种性质（功能）。当功能层F10具有非易失性存储器特性时，功能层F10可 以包括电阻变化材料、相变材料、铁电材料、多铁性（multiferroic)材料、多稳态分子中的 至少一种。当功能层F10具有压电特性时，功能层F10可以包括期望的压电材料或替代地 具有预定的压电材料。当功能层F10具有光电转换特性时，功能层F10可以包括发光材料 或光敏（photoactive)材料。例如，功能层F10可以包括过渡金属氧化物（ΤΜ0)、硫族化物 材料、钙钛矿材料或包含III族和V族元素的化合物。功能层F10可以包括2D材料或有机材 料。功能层F10可以包括ΤΜ0诸如Ti0x、Ta0x、Ni0x、Cu0x或ZnOx，可以包括硫族化物材料 诸如Ge-Sb-Te或GeTe_Sb2Te3，可以包括钙钛矿材料诸如SrTi03、BaTi03或锆钛酸铅（PZT)， 可以包括包含III族和V族元素的化合物诸如GaN或InAs，可以包括碳基化合物诸如石墨烯 氧化物，或可以包括有机材料诸如轮烧（rotaxane)。TiOx、TaOx、NiOx、CuOx和石墨稀氧化 物可以是电阻变化材料，Ge-Sb-Te和GeTe_Sb2Te3可以是相变材料。SrTiO 3、BaTiOjP PZT 可以是铁电材料。PZT可以是铁电材料并同时为压电材料。ZnOx可以具有压电特性，轮烷 可以是多稳态分子。GaN和InAs可以是发光材料。功能层F10可以包括2D材料诸如MoS2、 MoSe2、MoTe2、WS2、WSe2S WTe2。2D材料可以是光敏材料或发光材料。然而，上述材料是示 例，各种其他的材料可以用于形成功能层F10。换句话说，功能层F10可以由任何材料形成 或包括任何材料，只要该材料能够与石墨烯层GP10-起形成晶体管的沟道同时具有非易 失性存储器特性、压电特性和光电转换特性中的至少一种。
[0095] ΤΜ0是过渡金属和氧的组合，并包括各种材料作为其示例。ΤΜ0可以用于各种领 域，诸如晶体管的沟道材料、电阻存储器材料、铁电材料、压电材料和光电转换材料。因此， 被合适地选择的ΤΜ0可以用于形成根据示例实施方式的多功能石墨烯器件。此外，ΤΜ0可 以在易于制造和可应用于大面积工艺方面比2D材料更有用。换句话说，当使用2D材料时， 会需要转移工艺，这会难以进行大面积工艺。然而，当使用ΤΜ0时，制造和处理/操纵会是 容易的，应用到大面积工艺也会是容易的。因此，根据示例实施方式，可以获得在容易制造 和可应用于大面积工艺方面有利的石墨烯器件。然而，用于形成根据本实施方式的功能层 F10的材料不限于ΤΜ0,上述各种其他的材料可以用于形成功能层F10。
[0096] 当功能层F10包括半导体时，功能层F10可以包括η型半导体或p型半导体。例 如，TiOx、TaOx、GaN和InAs可以是η型半导体，NiOx和CuOx可以是ρ型半导体。MoS2、 MoSe2、MoTejP WTe2可以是η型半导体，WS2可以是p型半导体。替代地，功能层F10可以 包括双极性半导体。例如，WSe2可以是双极性半导体。功能层F10可以包括η型半导体和 Ρ型半导体两者。在这种情况下，η型半导体和ρ型半导体可以横向地布置或垂直地堆叠在 功能层F10内。这将在后面参照图11和图13更详细地描述。功能层F10可以具有几1至 几千Α的厚度。例如，功能层F10可以具有约4盖至约2〇〇〇_人的厚度。
[0097] 当使用第一和第二插入层N10和N20时，它们可以是半导体或绝缘体。例如，第一 和第二插入层N10和N20中的至少一个可以是通过原子层沉积（ALD)形成的薄的绝缘层诸 如A1203层或可以是六边形的氮化硼（h-BN)层，该六边形的氮化硼层是绝缘2D材料层。替 代地，第一和第二插入层N10和N20中的至少一个可以由ΤΜ0形成或可以包括ΤΜ0,或可以 是有机半导体或2D半导体。当使用功能层F10的光电转换特性时，也就是当功能层F10是 发光层或光敏层时，第一和第二插入层N10和N20中的至少一个可以帮助电荷（电子/空 穴）被传输。换句话说，第一和第二插入层N10和N20中的至少一个可以是电子传输层或 空穴传输层。当第一插入层N10是电子传输层时，第二插入层N20可以是空穴传输层。另 一方面，当第一插入层N10是空穴传输层时，第二插入层N20可以是电子传输层。然而，第 一和第二插入层N10和N20的上述的材料和功能仅是示例并因此可以改变。
[0098] 栅极G10、第一和第二电极E10和E20中的至少一个可以包括金属或金属化合物， 可以包括2D导体诸如石墨烯，或可以包括金属、金属化合物和2D导体中的至少两个的组 合。替代地，栅极G10、第一和第二电极E10和E20中的至少一个可以具有其中多个碳纳米 管（CNT)、多个金属纳米线或多个石墨烯片在有机层内形成网络的结构。在这种情况下，即 使当石墨烯器件在期望的方向上或替代地在预定方向上被弯曲或拉伸时，栅极G10和第一 和第二电极E10和E20可以柔软地应对变形并可以保持它们的内在功能。栅极G10、第一电 极和第二电极E10和E20中的至少一个可以由透明材料形成或包括透明材料。当使用功能 层F10的光电转换特性时，至少栅极G10和第二电极E20由透明材料形成或包括透明材料 以促进光进入到功能层F10或光从功能层F10发射（提取）。
[0099] 栅极绝缘层GI10可以由2D绝缘体（例如，h-BN)或除了 2D材料之外的一般的绝 缘材料（例如，硅氧化物、硅氮氧化物、铝氧化物或铪氧化物）形成或包括这些材料。当栅 极绝缘层GI10由h-BN(其是2D绝缘体）形成或包括h-BN时，石墨烯可以直接生长在h-BN 上，从而促进石墨烯层GP10的形成。在某些情形下，栅极绝缘层GI10可以由有机绝缘体形 成或包括有机绝缘体。
[0100] 当栅极G10或栅极G10和设置在栅极G10下面的基板（未示出）两者具有柔性或 可拉伸的特性时，石墨烯器件可以用作柔性器件或可拉伸器件。当栅极G10或栅极G10和 设置在栅极G10下面的基板两者是透明的并且其他的部件诸如第一和第二电极E10和E20 是透明的时，石墨烯器件可以用作透明器件。因此，根据示例实施方式的石墨烯器件可以被 制造为透明器件、柔性器件、可拉伸器件等，并因此可以用于各种领域。
[0101] 现在将更详细地描述根据示例实施方式的石墨烯器件的各种功能/特性。
[0102] 开关器件（电子器件/晶体管）
[0103] 当电压施加在第一电极E10(例如，源电极）和第二电极E20(例如，漏电极）之间 并且期望的电压或替代地预定的电压（栅压）被施加到栅极G10时，石墨烯器件可以操作 为开关器件（电子器件/晶体管）。根据施加到栅极G10的电压，石墨烯层GP10的功函数 可以改变，石墨烯层GP10和功能层F10之间的能量势皇（S卩，电势皇）的高度可以被调节。 因此，石墨烯器件可以被控制以被导通或关断。当能量势皇的高度增大时，石墨烯器件可以 处于在第一电极E10和第二电极E20之间基本上没有电流流动的关断状态。当能量势皇的 高度减小时，石墨烯器件可以处于电流在第一电极E10和第二电极E20之间流动的导通状 态。当功能层F10是η型半导体时，石墨烯器件可以用作η型晶体管。当功能层F10是p型 半导体时，石墨烯器件可以用作ρ型晶体管。当功能层F10是双极性半导体时，石墨烯器件 可以用作双极性的晶体管。即使当功能层F10是电介质层时，石墨烯器件可以由于石墨烯 层GP10和功能层F10之间的能量势皇的高度的调节而被导通或关断。当功能层F10是电 介质层时，功能层F10可以具有相对小的厚度（例如，约10nm或更小或约5nm或更小），因 此可以由于隧穿而获得导电特性。因为上述原因，石墨烯层GP10和功能层F10可以构成单 个沟道。当第一插入层N10被包括在石墨烯层GP10和功能层F10之间并且第一插入层N10 是半导体时，石墨稀层GP10和第一插入层N10之间的能量势皇可以利用栅极G10来调节， 因此可以实现开关器件（电子器件/晶体管）的特性。当第一插入层N10是绝缘层并具有 非常小的厚度（例如，约5nm或更小）时，可以保持石墨稀层GP10和功能层F10之间的能 量势皇，并且调节能量势皇的高度的原理可以同样用于此情形。此外，当第一插入层N10是 绝缘层并且第一插入层N10具有非常小的厚度（例如，约5nm或更小）时，第一插入层N10 可以用作隧穿层。当第一插入层N10被包括时，石墨烯层GP10、第一插入层N10和功能层 F10可以构成单个沟道。当第一和第二插入层N10和N20两者被包括时，石墨烯层GP10、第 一和第二插入层N10和N20以及功能层F10可以构成单个沟道。因而，根据示例实施方式 的石墨烯器件可以用作开关器件（电子器件/晶体管），因此各种逻辑器件诸如反相器可以 利用该石墨烯器件来构造。
[0104] 非易失性存储器器件
[0105] 为了操作为非易失性存储器器件，当设定电压或复位电压被施加在第一电极E10 和第二电极E20之间时，功能层F10的电阻可以改变，其相位可以改变，功能层F10的电偶 极子的方向可以改变，或功能层F10的分子结构可以改变。因此，石墨烯层GP10和第二电 极E20之间的电阻状态（S卩，电阻值）可以改变。功能层F10的电阻的改变可以例如由功 能层F10内的导电丝（conductingfilament)的产生或消失而引起。根据这种原理，可以 实现电阻型存储器器件（即，电阻型随机存取存储器（RRAM))。功能层F10的相位的变化可 以表示非晶和晶体之间的相位的变化。根据这种原理，可以实现相变存储器器件（即，相变 随机存取存储器（PRAM))。功能层F10的电偶极子的方向的变化可以由铁电特性引起。根 据这种原理，可以实现铁电存储器器件（即，铁电随机存取存储器（FRAM))。功能层F10的 分子结构的变化可以由多稳态分子的特性引起。根据这种原理，可以实现分子存储器器件 /分子开关。当实现这样的非易失性存储器器件时，由于期望的电压或替代地预定的电压 施加到栅极G10,可以获得至少两种状态（例如，四个状态）作为功能层F10的电阻状态， 也就是石墨烯层GP10和第二电极E20之间的电阻状态，因为功能层F10的电阻也可以被施 加到栅极G10的电压影响。因此，通过施加适合的电压到栅极G10,可以实现多级存储器器 件。此外，通过施加期望的电压或替代地施加预定的电压到栅极G10,可以改变设定/复位 电压。
[0106] 压电器件
[0107] 当功能层F10具有压电特性时，电能可以由于功能层F10的机械变形而在功能层 F10内产生。换句话说，当压力被垂直地或水平地施加到石墨烯器件时，电能可以在功能层 F10内产生，因此电压可以产生在石墨烯层GP10和第二电极E20之间，并因此产生在第一电 极E10和第二电极E20之间。由于石墨烯器件可以是柔性器件、可拉伸器件或可卷绕器件， 所以石墨烯器件可以适于被用作压电器件。由于压电器件的功能，石墨烯器件可以用作感 测外部振动的传感器（压电传感器）或用作采集由于外部振动引起的电能的能量采集器。
[0108] 光电子器件
[0109]当功能层F10具有光电转换特性时，功能层F10可以具有将光能转换成电能的性 质或将电能转换成光能的性质。当功能层F10具有将光能转换成电能的性质时，光可以被 功能层F10吸收，因此可以产生电子和空穴。电子和空穴可以移动到第二电极E20和石墨烯 层GP10,从而获得电能（电信号）。根据此原理，可以实现光伏器件、光电探测器或光电晶 体管。当功能层F