[0135] 图14示出图13的石墨烯器件具有发光器件的功能的情形，图15示出图13的石 墨烯器件具有光伏器件的功能的情形。在图14中，附图标记L2表示从功能层F16发射的 光。当期望的电压或替代地预定的电压被施加在第一电极E16和第二电极E26之间时，功 能层F16可以由于电致发光（EL)效应而发射光L2。此时，通过控制被施加到栅极G16的电 压，发光特性可以被改变或发光操作可以被导通或可以被关断。在图15的石墨烯器件中， 当光L1朝向功能层F16福照时，电能可以在功能层F16内产生。在图14中，功能层F16可 以包括无机发光材料或有机发光材料。在图15中，功能层F16可以包括无机光敏材料或有 机光敏材料。无机发光材料可以是包含III -V族元素的化合物，例如GaN或InAs。图15的 石墨烯器件可以用作光电探测器或光电晶体管。在图14和图15中，栅极G16和第二电极E26中的至少一个可以是透明电极，第一电极E16也可以是透明电极。
[0136] 在图14和15的结构中，功能层F16可以包括垂直地堆叠的三个或更多层。在这 种情况下，功能层F16可以包括有源层（发光层或光敏层）、n型半导体层和p型半导体层。
[0137] 根据另一些实施方式，可以使用具有不同的功能的多个功能层。换句话说，具有第 一功能的第一功能层和具有第二功能的第二功能层可以应用于单个器件。根据需要，具有 第三功能的第三功能层可以被进一步应用。图16和图17是示出使用具有不同的功能的多 个功能层的情形的截面图。图16和图17的结构可以分别类似于图11和图13的结构。
[0138] 参照图16,多个功能层F17a和F17b可以横向地布置在石墨烯层GP17和第二电极 E27之间。多个功能层F17a和F17b可以为例如第一功能层F17a和第二功能层F17b。第 一功能层F17a可以具有光电转换特性、非易失性存储器特性和压电特性当中的一个，第二 功能层F17b可以具有另一个。在这种情况下，图16的石墨烯器件具有开关器件（电子器 件/晶体管）的功能并同时也可以具有光电转换特性、非易失性存储器特性和压电特性中 的两个。在图16中，附图标记G17、GI17和E17分别表不栅极、栅极绝缘层和第一电极。
[0139] 参照图17,多个功能层F18a和F18b可以垂直地堆叠在石墨烯层GP18和第二电极 E28之间。多个功能层F18a和F18b可以为例如第一功能层F18a和第二功能层F18b。第 一功能层F18a可以具有光电转换特性、非易失性存储器特性和压电特性当中的一个，第二 功能层F18b可以具有另一个。在这种情况下，图17的石墨烯器件具有开关器件（电子器 件/晶体管）的功能并同时也可以具有光电转换特性、非易失性存储器特性和压电特性中 的两个。在图17中，附图标记G18、GI18和E18分别表不栅极、栅极绝缘层和第一电极。
[0140] 图16和图17的石墨烯器件的每个可以包括三个或更多功能层。图16的功能层 F17a和F17b的至少一部分可以与图17的功能层F18a和F18b的至少一部分相结合。因 此，可以实现各种石墨烯器件。
[0141] 图18是根据另一个示例实施方式的石墨烯器件的截面图。
[0142] 参照图18,第一石墨烯层GP1和第二石墨烯层GP2可以被包括。例如，第一和第 二石墨烯层GP1和GP2可以并排地布置以彼此间隔开。电连接到第一石墨烯层GP1的第一 区域的第一电极元件E1可以被包括。电连接到第二石墨烯层GP2的第一区域的第二电极 元件E2可以被包括。对应于第一石墨烯层GP1的一部分（即，第二区域）和第二石墨烯层 GP2的一部分（S卩，第二区域）的第三电极元件E3可以被包括。第三电极元件E3可以设置 在第一电极元件E1和第二电极元件E2之间从而与其间隔开。第一功能层F1可以在第三 电极元件E3和第一石墨烯层GP1之间。第二功能层F2可以在第三电极元件E3和第二石 墨烯层GP2之间。第一和第二功能层F1和F2可以彼此间隔开或者可以彼此接触。图18 示出第一和第二功能层F1和F2可以彼此间隔开的情形。在这种情况下，绝缘层IL1可以 被包括以填充第一和第二功能层F1和F2之间的空间以及第一和第二石墨烯层GP1和GP2 之间的空间。绝缘层IL1可以由2D绝缘体诸如h-BN或除了 2D材料之外的绝缘体形成，或 者包括2D绝缘体诸如h-BN或除了 2D材料之外的绝缘体。与第一和第二石墨烯层GP1和 GP2间隔开的栅极G1可以被包括。栅极绝缘层GI1可以在栅极G1与第一和第二石墨烯层 GP1和GP2之间。
[0143] 根据本实施方式，栅极绝缘层GI1可以在栅极G1上，第一和第二石墨烯层GP1和 GP2可以在栅极绝缘层GI1上，第一、第二和第三电极元件El、E2和E3可以在第一和第二 石墨烯层GP1和GP2上。第一功能层F1可以设置在第一石墨烯层GP1和第三电极元件E3 之间，第二功能层F2可以设置在第二石墨烯层GP2和第三电极元件E3之间。
[0144] 第一和第二功能层F1和F2中的至少一个可以对应于图1的功能层F10。因此，第 一和第二功能层F1和F2中的至少一个可以具有光电转换特性、非易失性存储器特性和压 电特性中的至少一种。第一和第二功能层F1和F2可以包括不同的材料并可以具有不同的 物理性质。例如，第一和第二功能层F1和F2的一个（例如第一功能层F1)可以为p型半 导体，另一个（例如第二功能层F2)可以为η型半导体。在这种情况下，根据本实施方式的 石墨烯器件可以具有互补反相器结构。
[0145] 当图18的石墨烯器件具有互补反相器结构时，第一电极Ε1可以连接到电源端子 (未示出）。第二电极Ε2可以连接到接地端子（未示出）。换句话说，第二电极Ε2可以被 接地。栅极G1可以连接到输入端子（未示出）。第三电极Ε3可以连接到输出端子（未示 出）。根据经由输入端子施加到栅极G1的输入信号（电压），第一和第二功能层F1和F2 可以被导通或关断，经由输出端子输出的信号可以改变。例如，当对应于"1"的信号输入到 输入端子时，对应于"〇"的信号可以经由输出端子输出。另一方面，当对应于"〇"的信号输 入到输入端子时，对应于"1"的信号可以经由输出端子输出。因此，图18的石墨烯器件可 以执行反相器功能。
[0146] 图19是示出当图18的石墨烯器件用作反相器时的电路配置的电路图。
[0147] 参照图19,第一晶体管TR1和第二晶体管TR2连接到彼此。第一晶体管TR1可以 是Ρ型，而第二晶体管TR2可以是η型。第一晶体管TR1可以包括图18的栅极G1、图18的 第一石墨烯层GP1、图18的第一电极Ε1、图18的第三电极Ε3的一部分以及图18的第一功 能层F1。第二晶体管TR2可以包括图18的栅极G1、图18的第二石墨烯层GP2、图18的第 二电极Ε2、图18的第三电极Ε3的一部分以及图18的第二功能层F2。电源端子VDD可以 连接到第一晶体管TR1的漏极。输出端子V0UT可以共同连接到第一晶体管TR1的源极和 第二晶体管TR2的漏极。接地端子VSS可以连接到第二晶体管TR2的源极。输入端子VIN 可以连接到第一和第二晶体管TR1和TR2的栅极（公共栅极）。如上所述，根据经由输入端 子VIN施加到公共栅极的输入信号（电压），第一和第二晶体管TR1和TR2可以被导通或关 断，经由输出端子V0UT输出的信号可以被改变。由于反相器可以用作各种逻辑器件和各种 电子电路的任一个的基本部件，所以根据示例实施方式的具有反相器功能的石墨烯器件可 以用于构造各种逻辑器件和各种电子电路。包括反相器的逻辑器件的示例可以包括NAND 器件、N0R器件、编码器、解码器、复用器（MUX)、解复用器（DEMUX)、感测放大器和振荡器。
[0148] 图18的石墨烯器件可以执行逻辑器件（电子器件）诸如图19的反相器的功能， 并也可以执行其他的功能。例如，图18的石墨烯器件可以具有光电子器件、存储器器件和 压电器件中的至少一种的功能。图20示出图18的石墨烯器件用作光电子器件的情形。在 图20中，栅极G1和第三电极E3中的至少一个可以由透明材料形成或包括透明材料。第一 和第二电极E1和E2也可以由透明材料形成或包括透明材料。在图20中，附图标记L1表 示入射到第一和第二功能层F1和F2上的光。
[0149] 根据其他的示例实施方式，当在图18的结构中第一电极E1和第二电极E2两者都 用作源电极并且第三电极E3用作漏电极时，图18的结构可以用作单个晶体管。在这种情 况下，当第一功能层F1是p型半导体并且第二功能层F2是η型半导体时，图18的石墨烯 器件可以用作双极性晶体管。因而，当图18的石墨烯器件用作双极性晶体管时，第一和第 二石墨烯层GP1和GP2可以彼此接触。第一和第二功能层F1和F2也可以彼此接触。
[0150] 在上面参照图18描述的实施方式中，第一和第二功能层F1和F2中的至少一个可 以包括发光材料、光敏材料、电阻变化材料、相变材料、铁电材料、多铁性材料、多稳态分子 和压电材料中的至少一种。第一和第二功能层F1和F2中的至少一个可以包括包含III族和 V族元素的化合物、ΤΜ0、硫族化物材料、钙钛矿材料、2D材料和有机材料中的至少一种。由 于第一和第二功能层F1和F2中的至少一个的材料性质和物理性质可以与上面参照图1描 述的功能层F10的那些相同或相似，所以将省略其重复描述。
[0151] 根据另一些示例实施方式，图18的石墨烯器件还可以包括第一功能层F1和第一 石墨烯层GP1之间的第一插入层（未示出）、第一功能层F1和第三电极元件Ε3之间的第二 插入层（未示出）、第二功能层F2和第二石墨烯层GP2之间的第三插入层（未示出）以及 第二功能层F2和第三电极元件Ε3之间的第四插入层（未示出）中的至少一个。由于第一 至第四插入层的材料性质和物理性质可以与上面参照图1描述的第一和第二插入层Ν10和 Ν20的那些相同或相似，所以将省略其重复描述。
[0152] 现在将描述根据示例实施方式的制造石墨烯器件的方法。
[0153] 图21Α至21C是用于说明根据示例实施方式的制造石墨烯器件的方法的截面图。
[0154] 参照图21Α，栅极绝缘层110可以在栅极100上，石墨烯层120可以在栅极绝缘层 110上。栅极绝缘层110可以通过沉积形成，石墨烯层120可以通过转移形成。替代地，当 金属（催化剂金属）诸如Cu、Ni、Fe、Co、Pt或Ru用于形成栅极100时，栅极绝缘层110可 以通过在栅极100上生长h-BN而形成，石墨烯层120可以通过在由h-BN形成或包括h-BN 的栅极绝缘层110上直接生长石墨烯而形成。形成栅极绝缘层110和石墨烯层120的方法 可以改变。
[0155] 参照图21B，功能层140可以在石墨烯层120的一部分上。功能层140可以通过 物理气相沉积（PVD)诸如溅射或蒸镀而形成，或者可以通过化学气相沉积（CVD)、原子层沉 积（ALD)或脉冲激光沉积（PLD)而形成。替代地，功能层140可以通过沉积/生长而在另 一个基板（未示出）上，然后可以转移到石墨烯层120上。功能层140可以具有与图1的 功能层F10相同的材料性质和物理性质。
[0156] 参照图21C，第一电极160A和第二电极160B可以分别在石墨烯层120和功能层 140上。第一电极160A可以在石墨烯层120的与功能层140间隔开的部分上，第二电极 160B可以在功能层140上。例如，在导电层在石墨稀层120和功能层140上之后，其可以 被图案化以形成第一电极160A和第二电极160B。替代地，第一电极160A和第二电极160B 可以利用剥离工艺形成。第一电极160A和第二电极160B可以根据各种其他的方法形成。 图21C的结构可以对应于图5和图9的结构。
[0157] 当图21A-21C的方法改变时，可以获得图1的结构。例如，如图22所示，第一插入 层130可以在石墨稀层120和功能层140之间，并且第二插入层150可以在功能层140和第 二电极160B之间。第一和第二插入层130和150的材料和作用可以与图1的第一和第二 插入层N10和N20相同或类似。第一和第二插入层130和150中的至少一个可以不形成。
[0158] 在图21C和图22中，栅极100和第二电极160B可以由透明材料形成或包括透明 材料。第一电极160A也可以由透明材料形成或包括透明材料。因此，可以容易地进行光到 功能层140的进入或光从功能层140的发射（提取），石墨烯器件可以用作光学器件。透明 材料（透明电极材料）的示例可以包括石墨烯和铟锡氧化物（ITO)。
[0159] 图23A至23D是用于说明根据另一个示例实施方式的制造石墨烯器件的方法的截 面图。
[0160] 参照图23A，栅极绝缘层111和石墨烯层121可以顺序地位于栅极101上。这可以 与以上参照图21A所描述的相同或类似。
[0161] 参照图23B，第一功能层141a可以在石墨稀层121的一部分上。第一功能层141a 可以是η型半导体（或p型半导体）。第一功能层141a可以具有光电转换特性、非易失性 存储器特性和压电特性中的至少一种。
[0162] 参照图23C，第二功能层141b可以在石墨烯层121的一部分上。第二功能层141b 可以设置在第一功能层141a旁边。第二功能层141b可以接触第一功能层141a的侧表面。 因此，第一和第二功能层141a和141b可以被横向地布置。第二功能层141b可以是p型半 导体（或η型半导体）。第二功能层141b可以具有光电转换特性、非易失性存储器特性和 压电特性中的至少一种。当第一功能层141a具有光电转换特性、非易失性存储器特性和压 电特性当中的一种特性时，第二功能功能层141b可以具有光电转换特性、非易失性存储器 特性和压电特性当中的另一种特性。图23C的第一功能层141a和第二功能层141b可以分 别对应于图11的第一层Π和第二层f2,或可以分别对应于图16的第一功能层F17a和第 二功能层F17b。第一功能层141a和第二功能层141b可以一起被认为是单个功能层141。
[0163] 参照图23D，第一电极161A和第二电极161B可以分别在石墨烯层121和功能层 141上。这可以与图22C的第一电极160A和第二电极160B的形成相同或类似。
[0164] 图24A至图24E是用于说明根据另一个示例实施方式的制造石墨烯器件的方法的 截面图。
[0165] 参照图24A，栅极绝缘层112和石墨烯层122可以顺序地在栅极102上。这可以与 以上参照图21A所描述的相同或类似。
[0166] 参照图24B，第一插入层132可以在石墨烯层122的一部分上。
[0167] 参照图24C，第一功能层142a可以在第一插入层132上。第二功能层142b可以在 第一功能层142a上。第一和第二功能层142a和142b中的一个可以是p型半导体，另一个 可以是η型半导体。因此第一和第二功能层142a和142b可以形成p/n结构或n/p结构。 第一功能层142a可以具有光电转换特性、非易失性