用于制备石墨烯纳米带的结构和方法
【专利摘要】公开了小于3nm宽，更优选小于1nm宽的石墨烯带。在更优选的实施方案中，存在多个石墨烯带，其各自具有以下尺寸中一个的宽度：2个稠合在一起的苯环的长度、3个稠合在一起的苯环长度、4个稠合在一起的苯环的长度和5个稠合在一起的苯环的长度。在另一优选实施方案中，带的边缘相互平行。在另一优选实施方案中，带具有至少一个扶手椅边缘且具有更宽的宽度。
【专利说明】用于制备石墨烯纳米带的结构和方法
发明领域
[0001]本发明涉及窄带结构的石墨烯及其制备方法。更具体而言，本发明涉及石墨烯带在电气器件中的用途。
[0002]发明背景
[0003]现有抟术简沭
[0004]石墨烯定义为具有占据二维(2D)六角晶格的碳原子的石墨单层。过去已经广泛使用以模拟碳纳米管(CNT)的电子结构[参见R.Saito,G.Dresselhaus,M.S.Dresselhaus,Physical Properties of Carbon nanotubes, Imperial College Press, London,1998 ；T.Ando, Advances in Solid State Physics, Springer,Berlin, 1998,第 1-18 页，S.Reich,C.Thomsen, J.Maultzsch，“碳纳米管”，ffiley-VCH, 2004ISBN3-527-40386-8] ? 石墨烯为2D、零间隙(zero-gap)半导体，其显示出电子能E(p)与2D动量p之间的线性关系，SPE (P) =v0p (其中V。为载流子速度，
[0005]
【权利要求】
1.一种石墨烯带，其宽度小于3nm。
2.一种石墨烯带，其宽度小于1.5nm。
3.一种石墨烯带,其宽度小于1nm。
4.根据权利要求1的石墨烯带，其中带的宽度为如下尺寸之一:2个稠合在一起的苯环的长度，3个稠合在一起的苯环的长度，4个稠合在一起的苯环的长度，和5个稠合在一起的苯环的长度。
5.根据权利要求1的石墨烯带，其中厚度的变化为小于I埃。
6.根据权利要求2的一种或多种石墨烯带，其中带的边缘彼此平行。
7.一种或多种石墨烯带，其中各带的表面与基质的表面物理接触。
8.根据权利要求4的一种或多种石墨烯带，其中基质为单晶。
9.根据权利要求4的一种或多种石墨烯带，其中基质为单晶并再现基质的表面以形成具有单向取向的行。
10.根据权利要求4的一种或多种石墨烯带，其中基质为非极性基质。
11.根据权利要求4的一种或多种石墨烯带，其中基质导致为单晶的表面。
12.根据权利要求4的一种或多种石墨烯带，其中基质导致当将前体置于接近(例如范德华键距)基质时石墨烯带前体的最宽表面变得与基质面面接触。
13.根据权利要求12的一种或多种带，其中前体为如下一种或多种:蒽、萘、并四苯和并五苯。
14.具有至少一个扶手椅边缘的小于IOnm宽的石墨烯带。
15.根据权利要求14的石墨烯带,其小于3nm宽。
16.根据权利要求14的石墨烯带,其小于1.5nm宽。
17.根据权利要求14的石墨烯带,其小于Inm宽。
18.根据权利要求14的石墨烯带，其中带的宽度为如下尺寸之一:2个稠合在一起的苯环的长度，3个稠合在一起的苯环的长度，4个稠合在一起的苯环的长度，和5个稠合在一起的苯环的长度。
19.根据权利要求14的石墨烯带，其中厚度的变化为小于I埃。
20.根据权利要求16的一种或多种石墨烯带，其中带的边缘相互平行。
21.—种或多种石墨烯带，其具有扶手椅边缘且各个带的表面与基质的表面物理接触。
22.根据权利要求21的一种或多种石墨烯带，其中基质为单晶。
23.根据权利要求21的一种或多种石墨烯带，其中基质为单晶且基质表面具有由表面的松弛而产生的方向取向。
24.根据权利要求21的一种或多种石墨烯带，其中基质为非极性基质。
25.根据权利要求21的一种或多种石墨烯带，其中基质导致为单晶的表面。
26.根据权利要求21的一种或多种石墨烯带，其中基质导致当将前体置于基质上时石墨烯带前体的最宽表面变得与基质表面-表面接触。
27.根据权利要求26的一种或多种石墨烯带，其中前体为如下一种或多种:蒽、萘、并四苯和并五苯。
28.场效应晶体管(FET)结构，其包含: 基质;置于基质上的具有一个或多个纳米带的通道，其中各个纳米带具有小于IOnm的宽度和扶手椅边缘； 在通道上的栅极绝缘体； 在栅极绝缘体上的栅极； 在通道的源侧上的源电极；和 在通道的漏侧上的漏电极。
29.制备石墨烯带的方法，其包括步骤: a.将一种或多种聚芳族烃(PAH)前体放在基质上； b.将UV光应用于PAH上直至在相邻PAH分子之间形成一个或多个分子间键；和 c.将热应用于PAH分子上以提高形成的分子间键的数目以产生石墨烯带。
30.根据权利要求29的方法，其中前体为并苯类的。
31.根据权利要求29的方法，其中前体为如下一种或多种:蒽、萘、并四苯和并五苯。
32.根据权利要求29的方法，其中UV光具有200-500nm的波长。
33.根据权利要求29的方法，其中UV光具有290-350nm的波长。
34.根据权利要求29的 方法，其中步骤Ic中应用的热与UV—起提供。
35.根据权利要求29的方法，其中热以以下方法中的一种或多种应用:常数函数、阶梯函数、具有一个或多个增加的温度的阶梯函数，和线性温度上升。
36.根据权利要求29的方法，其中基质具有相对于沉积分子的单向取向。
37.根据权利要求36的方法，其中单向取向为如下一种或多种:结晶线性取向、表面再现和制造的表面条纹图案。
38.根据权利要求29的方法，其中基质为单晶。
39.根据权利要求29的方法，其中基质为单晶且基质表面具有由晶体限定的方向取向。
40.根据权利要求29的方法，其中基质为非极性基质。
41.根据权利要求29的一种或多种石墨烯带，其中基质导致当将前体置于基质上时，PAH的最宽表面变得与基质表面-表面接触。
42.制备场效应晶体管(FET)的方法，其包括以下步骤: 通过进行如下步骤而产生石墨烯带的通道: a.将一种或多种聚芳族烃(PAH)前体置于第一基质上，所述第一基质沉积于第二基质上; b.将UV光应用于PAH上直至在相邻PAH分子之间形成一个或多个分子间键；和 c.将热应用于PAH分子上以提高形成的分子间键的数目以产生石墨烯带；将栅极绝缘介质沉积于通道上； 将栅极图案化在栅极绝缘介质上； 将载体层浇铸在栅极上以充当基板晶片； 除去第二基质；和 将第一基质图案化以充当源和漏电极以形成场效应晶体管。
43.根据权利要求42的方法，其中第一基质为导电的。
44.根据权利要求42的方法，其中第一基质为导电的且由如下材料中一种或多种构成:金、钼、钮和钛。
45.一种器件结构，其具有与非导电基质表面-表面接触的两个或更多个石墨烯带，其中各个带具有小于3nm的宽度且各个带具有彼此平行的边缘。
46.根据权利要求45的三端器件结构，其进一步包含: 物理连接在与带接触的表面相反的非导电基质表面上的栅极导电接线； 电连接在一个或多个带的第一端上的第一触点；和 电连接在一个或多个带的第二端上的第二触点。
47.两个或更多个石墨烯带的平面，其中各个平面具有两个或更多个宽度小于3nm的带，且各个带具有彼此平行的边缘，其中一个平面具有与非导电基质表面-表面接触的石墨烯带。
48.一种器件结构，其具有与非导电基质表面-表面接触的两个或更多个石墨烯带，其中各个带具有小于3nm的宽度，且各个带具有彼此平行的边缘，所述器件结构具有彼此相邻的第一和第二区域，其中第一区域为η型掺杂的且第二区域为P型掺杂的。
49.根据权利要求1的两端子器件结构，其进一步包含: 电连接在η型惨杂区域上的弟一触点；和 电连接在P型掺杂区域上的第二 触点。
【文档编号】B32B9/04GK103476582SQ201280018957
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2012年3月16日 优先权日:2011年4月18日
【发明者】C·蒂米特拉克普洛斯 申请人:国际商业机器公司