小或者可以防止被形成在载体之上的结构二维材料中的折叠和/或褶皱的形成。另夕卜，如本文中所描述的用于处理载体的方法可以实现可以被很容易地适配或使用用于各种电绝缘衬底和/或电传导衬底的快速制造过程。因此，如本文中所描述的用于处理载体的方法可以绕行和/或解决制造石墨烯单层、石墨烯双层和/或石墨烯多层中的实际问题。另夕卜，如本文中所描述的用于处理载体的方法可以被适配成制造其他结构二维层，例如硅烯层、锗烯层等。
[0027]通常用于在电绝缘衬底上提供石墨烯的制造方法可以包括碳从金属(例如镍)的碳偏析，其中碳可以在高温下溶解在衬底上的金属层中，使得金属可以溶解碳，并且其中在金属层被冷却的同时碳偏析。由于碳可以在一般过程中通过使用例如碳离子注入或高温下的分解含碳材料来提供，所以可以基本上在金属的表面(远离金属到衬底的界面)引入碳，这可以导致在金属层的表面而非在到衬底的界面处优先形成石墨烯(偏析)。这可以引起例如以下问题:很难使用普通工艺(例如经由蚀刻去除金属)来暴露石墨烯层，因为金属层的表面处的石墨烯形成可能伴随着在石墨烯下方的一个或多个碳化物相的形成。因此，在通常使用的工艺中蚀刻金属层例如以暴露到衬底的界面处的石墨烯层可能很难并且可以包括使用另外的复杂的蚀刻过程(例如使用在含氧气氛中的等离子蚀刻或者在高温(大于500°C)下在含氧气氛中的热蚀刻)来从金属层的表面去除上部石墨烯层。另外，去除金属层上或内的出现的一个或多个碳化物相可能很难，并且均匀地去除出现的一个或多个碳化物相可能很难和/或甚至不可能，这可能在去除金属层以及暴露形成在衬底的表面的石墨烯层时产生问题。
[0028]根据各种实施例，如本文中所描述的用于处理载体的方法还可以防止金属层的顶部上的碳化物相和/或石墨烯偏析的形成，以产生用于石墨烯层(单层、双层或多层)的增强的沉积过程。
[0029]各种实施例说明性地提供一种用于在电绝缘衬底上形成纯石墨烯层(或石墨烯片)的方法，其中电绝缘衬底还可以是具有电绝缘表面(或者表面层)的图案化的衬底。换言之，石墨烯层(单层、双层、三层等)可以形成在电绝缘衬底上，使得石墨烯层可以不具有到金属或者到电传导材料的接触。因此，石墨烯层的电子性质例如可以不受相邻金属或相邻电传导材料的影响。根据各种实施例，如本文中所描述的用于处理载体的方法可以实现经由碳与布置在衬底之上的金属层的碳偏析的石墨烯层在电介质衬底的表面上的受控形成，以避免金属层的表面上的碳化物相和不希望的碳偏析的形成。
[0030]另外，根据各种实施例，可以提供一种用于在电绝缘衬底上形成纯石墨烯层(或石墨烯片)的方法，其可以实现经由控制碳的氢含量、催化剂金属的碳含量和用于形成石墨烯层的退火气氛的氢含量中的至少一项的单层石墨烯和/或多层石墨烯的受控形成。
[0031]根据各种实施例，可以借助于碳与金属层的非对称偏析来提供用于在任意衬底上形成石墨烯的方法。由此，可以防止或者基本上减少金属层的表面上的石墨烯和/或金属碳化物相的形成，其中金属层的表面上的石墨烯和/或金属碳化物相可能影响金属层的蚀刻。
[0032]本文中所谓的金属还可以包括或者还可以被理解为准金属或金属合金。各种金属(例如镍、钴、妈、铱、铂)可以形成具有碳的固溶体(也被称为固态熔体)。说明性地，金属可以用作碳(或者其他小原子，例如氮)的溶剂，其中碳是溶质。在这种情况下，金属可能不与碳化学反应(或者可以不形成化学化合物)，但是碳原子可以足够小以被包括在金属(换言之金属晶格)的间隙处，因此，金属可以是实现溶解在金属中的碳的偏析的催化剂金属O
[0033]通常，溶质在溶剂中的溶解度可以取决于溶质和溶剂的物理和化学性质以及温度和压力。另外，溶质(例如碳)在特定溶剂(例如Ni)中的溶解度可以被称为在向溶剂中添加更多溶质不再增加溶质在溶剂中的浓度时以及因此在溶剂开始沉淀(或者换言之偏析)过量的溶质时达到的饱和浓度。说明性地，给定的量的溶剂可以能够溶解由饱和浓度定义的对应最大量的溶质。固溶体还可以被称为合金，例如在被包括在金属的间隙处的碳的情况下，固溶体可以被称为间隙化学物或者间隙合金。
[0034]作为类比，第一金属(例如镍、钴、钨、铱、铂)可以形成具有第二金属(例如Cu、S1、T1、Ta)的固溶体(也被称为固态熔体)。说明性地，金属可以用作用于作为溶质的另一金属的溶剂(具有例如类似的原子半径，例如15%或更小的差异)。在这种情况下，第一金属可以不与第二金属化学反应(或者可以不形成化学化合物)，但是第二金属的原子可以代替金属晶格中的第一金属的原子(替位式)。至少两个金属的固溶体还可以被称为合金；例如，在第二金属可以替位式地被包括到第一金属晶格中的情况下，固溶体可以被称为替位化合物或替位合金。
[0035]根据各种实施例，将第二金属(例如Cu)合金到第一金属(例如Ni)中可以减小第一金属用于溶解碳的能力。换言之，碳在Ni/Cu中的溶解度(饱和浓度)可以小于碳在Ni中的溶解度(饱和浓度)。因此，将铜溶解到包括碳的镍层中可以支持碳从镍层的偏析。
[0036]根据各种实施例，为了在载体的表面形成石墨烯层(换言之，形成包括石墨烯的层，例如石墨烯单层、石墨烯双层或石墨烯多层)，可以在载体上提供要退火的层堆叠。要退火的层堆叠可以包括第一层，第一层包括至少一种金属(例如至少一个催化剂金属，例如至少一个过渡金属，例如N1、Co、Ir、Pt、W中的至少一个)和碳(或者通过从至少一种金属的偏析来形成结构二维材料的另一元素)。要退火的层堆叠还可以包括在第一层之上的第二层，其中第二层可以包括阻止碳扩散的扩散阻挡材料(例如金属，如Cu或Ta，例如金属氮化物，如氮化钛或氮化硅)。根据各种实施例，扩散阻挡材料可以具有非常小的溶解碳的能力，或者完全不可以溶解任何碳。
[0037]图1示意性地示出根据各种实施例的用于处理载体的方法100的流程图。用于处理载体的方法100可以包括:在110，在载体的表面之上共同沉积来自第一源的至少一种金属以及来自第二源的碳(或者含碳材料)以形成第一层；在120，在第一层之上形成第二层，第二层包括扩散阻挡材料，其中碳在扩散阻挡材料中的溶解度小于在至少一种金属中的溶解度；以及在130，通过温度处理在载体的表面处从第一层形成石墨烯层。由此，第二层可以阻止碳从第一层扩散到第二层中，或者第二层可以阻止碳从第一层外部扩散通过例如第二层。
[0038]根据各种实施例，沉积至少一种金属可以包括第一气相沉积过程，并且沉积碳可以包括第二气相沉积过程，其中第一气相沉积过程和第二气相沉积过程以同时方式或者交替方式中的至少一种方式来执行，同时方式和交替方式可以被称为共同沉积。其中可以交替地执行至少两个沉积过程的共同沉积可以包括形成交替地堆叠在彼此之上的多个金属层和多个碳层。
[0039]根据各种实施例，第一层可以包括沉积的至少一种金属和沉积的碳的混合物或者至少一种金属和碳的固溶体(例如溶解沉积的碳的至少一部分的至少一种金属的间隙合金)中的至少一种。
[0040]使用两个(通常单独被控制的)用于形成第一层的沉积过程可以实现对第一层中的碳含量的控制或者对第一层中提供的碳的量的控制以在随后执行的温度处理期间形成石墨烯层。温度处理(或者换言之热处理)也可以被称为退火。用于沉积碳的第二气相沉积过程可以被配置成在第一层中提供预定义的量的碳。第一层中提供的碳的预定义的量可以大于碳在第一层的至少一种金属中的溶解度。说明性地，未溶解的碳可以被包括在第一层中。由此，碳在第一层的至少一种金属中的溶解度涉及例如20°C、50°C、100°C的温度。另夕卜，压力基本上可以影响两个固体的溶解度。
[0041]根据各种实施例，使用不依赖于热力学相形成的沉积过程，例如使用溅射或者脉冲激光沉积，可以实现将比能够被第一层204的至少一种金属溶解的更多的碳合并到第一层204中(例如，至少部分作为混合物)。
[0042]根据各种实施例，形成石墨烯层可能需要某些数目的碳原子(例如由石墨烯片的晶格结构定义的)，或者换言之，归一化至面积，形成石墨烯层可能需要在执行热处理之前第一层中的预定义的最小的碳剂量。根据各种实施例，用于沉积碳的第二沉积过程可以被配置成在第一层中提供大于大约1015at/cm2或者大于大约3*10 15at/cm2或者大于大约6*1015at/cm2或者大于大约10 16at/cm2或者大于大约5*10 16at/cm2或者大于大约10 17at/cm2的碳剂量(以原子每平方厘米，简称为at/cm2)。根据各种实施例，用于沉积碳的第二沉积过程可以被配置成在第一层中提供在从大约1015at/cm2到大约10 17at/cm2的范围内的碳剂量。
[0043]根据各种实施例，可以在存在氢气的情况下执行温度处理(或者换言之退火)。另夕卜，可以将氢气引入到第一层中，例如到第一层的至少一种金属中或者到第一层的碳中，以在温度处理期间提供氢气。
[0044]第一层的至少一种金属可以是催化剂金属，例如N1、Co、Ir、Pt、W或者适合用于通过从第一层的至少一种金属的碳偏析来在载体的表面处形成石墨烯层的另一催化剂金属。根据各种实施例，进行热处理(温度处理)的层堆叠的顶层可以是包括扩散阻挡材料的第二层。换言之，形成在第二层之上的另外的金属层可以是可选的。
[0045]另外，由于共同沉积，碳基本上可以均匀地分布在第一层中和/或在第一层的催化剂金属中。共同沉积可以包括例如共同溅射或共同蒸镀。备选地，可以通过离子注入将碳引入到第一层中和/或第一层的催化剂金属中(参考图9)。
[0046]热处理(退火)可以支持碳在第一层内或者在第一层的至少一种金属内以及到第一层中或者到第一层的至少一种金属中的扩散。热处理可以支持例如碳在第一层的至少一种金属中的溶解，例如如果碳尚未被溶解。另外，例如在冷却期间，碳可以从第一层的至少一种金属偏析，或者可以在载体的表面处形成石墨烯层。石墨烯层可以是石墨烯层上方之上的第一层的剩余的至少一种金属和剩余扩散阻挡材料与石墨烯层之下的载体之间的界面(界面层)。石墨烯层可以由扩散的碳形成。另外，石墨烯层可以包括石墨烯单层(换言之单个石墨烯片)、石墨烯双层(换言之堆叠在彼此之上并且彼此直接物理接触的两个石墨烯片)、石墨烯三层(换言之堆叠在彼此之上并且彼此直接物理接触的三个石墨烯片)、或者具有堆叠在彼此之上的多于三个石墨烯片的石墨烯多层。
[0047]根据各种实施例，热处理可以包括对载体退火，其中形成在载体之上的一个或多个层也可以被退火。根据各种实施例，热处理可以包括对形成在载体之上的一个或多个层退火。
[0048]根据各种实施例，形成例如第二层或第三层等层或者沉积催化剂金属等金属或者沉积碳可以包括如在半导体工业中所使用的分层过程。本文中所谓的沉积过程(例如用以在例如共同沉积中形成第一层的第一气相沉积和第二气相沉积)可以包括化学气相沉积(CVD)过程和/或物理气相沉积(PVD)过程。根据各种实施例，化学气相沉积过程(CVD过程)可以包括各种修改，如大气压CVD(APCVD)、低压