专利名称：钻石裝置上的石墨烯及其相关方法
技术领域：
本发明涉及一种在钻石表面上形成石墨烯及其相关方法。因此，本发明涉及化学与材料科学领域。
背景技术：
石墨烯是一种由Sp2键结的碳原子所形成的单一原子厚度平面片状物，其中该等SP2键结的碳原子是紧密堆迭成具有蜂巢结晶晶格的苯环状结构(benzene-ring structure)。此二维材料在层状结构的平面中显现出高的电子移动率以及优异的导热性。 而石墨则是一种包含有多个彼此相互平行堆迭的石墨烯层。石墨烯已被广泛地使用于描述很多碳基材料的特性，包括石墨、大型富勒烯、纳米管等。举例来说，碳纳米管可描述成石墨烯片状物卷成纳米尺寸的圆柱体。再者，平面石墨烯本身已经被推定为无法以游离态(free state)存在的物质,且对于形成如烟灰(soot)、 富勒烯、纳米管等这种弯曲结构而言是不稳定的。目前已有人试图将石墨烯整合于如电晶体的电子装置中，然而这样的尝试多半无法成功，其是由于具有适合整合至该等装置中的尺寸的高品质石墨烯层的制造相关的问题。其中一项用以生成石墨烯层的技术涉及将石墨烯平面从高配向性热解石墨(high oriented pyrolific graphite)剥离的方法,使用这种方法只会形成一般而言过小的小薄片，以致于无法在电子应用中被利用。
发明内容
因此，本发明提供一种整合石墨烯材料的钻石装置、石墨烯材料及其相关方法。 例如，一方面，提供一种在钻石表面上形成石墨烯的方法，该方法可包括涂布一金属层至一钻石基材的一结晶面，以及在真空下加热该钻石基材，以将位于该结晶面的一部分钻石基材转变为石墨烯。另一方面，该金属层仅涂布在具有相同结晶配向(crystallographic orientation)的钻石基材面上。又一方面，该金属层仅涂布在该钻石基材的单一结晶面。 再一方面，该结晶面为一(111)面。此外，一方面，将位于该结晶面的一部分钻石基材转变为石墨烯包括通过麻田散体变态(martensitic transformation)转变部分的该钻石基材。 另一方面，该钻石基材为一纳米钻石。各种金属材料皆被纳入考虑，且任何能够促进钻石表面中的碳原子形成石墨烯的金属皆视为本发明的范畴。例如，在一实施例中，该金属可为一金属合金。可用于金属合金中的金属的非限制性的例子包括铁、镍、钴及其类似物，包含其等的组合物。可与所述的金属混合成合金的金属的非限制性的例子包括铜、锌及其类似物，包含其等的组合物。制造方法条件可取决于不同的因素而改变，例如钻石基材的本质、具有该石墨烯材料的预定组成物及其类似物。因此，根据本发明的实施例，任何能够在钻石基材上制造石墨烯的制造方法条件皆视为本发明的范畴。即，在一实施例中，该钻石基材加热至大约 600°C至大约1400°C之间的温度。在又一实施例中，该真空大约10_4托耳(torr)至大约10_6托耳。该石墨烯材料可被单独使用或是与该钻石基材合并使用。因此，在一实施例中，该方法可包括使该石墨烯由该钻石基材脱离。在另一实施例中，该石墨烯材料可维持与钻石基材相连接，以便使用作为一整合的钻石-石墨烯装置。例如，在一实施例中，该石墨烯材料上可沉积一半导体材料。在一具体的实施例中，该石墨烯上以磊晶方式沉积有该半导体材料。多种不同的装置可得益于介于钻石基材的结晶晶格(crystal lattice)与石墨烯材料晶格(graphene material lattice)间的对应关系。例如，在一实施例中，该钻石基材与该石墨烯之间维持有一嘉晶关系(epitaxial relationship)。在一具体的实施例中，该钻石基材与该石墨烯材料在一氢气气氛下加热至大于或等于大约700°C的温度，以气化未嘉晶(non-epitaxial)的碳原子。本发明还提供一钻石-石墨烯装置，该装置可包括一钻石基材以及一石墨烯材料，该石墨稀材料形成在钻石基材的一结晶表面上，且以嘉晶方式对齐该钻石基材的结晶表面。该石墨烯材料经配向(oriented)，使得实质上全部的石墨烯平面平行于该结晶表面。 此外，在一实施例中，该石墨烯材料是由一部分的钻石基材所形成。在另一实施例中，该石墨稀材料形成于钻石基材的一(111)面上。依据本发明的实施例的该钻石-石墨烯装置的各种不同用途皆可纳入考虑。例如，在一实施例中，该石墨烯材料上设置有一半导体材料。此种基材可用于各种装置，包括各种不同的电子装置。一具体例子是一发光二极管基材(LED substrate)。其他的例子包括分子感测器、液晶显示器(LCDs)、太阳能板、压力感测器、表面声波滤波器(SAWfilters)、 共振器及其类似物。视半导体装置的预定用途而定，任何半导体材料皆可使用。半导体材料的非限制的例子可包括娃(silicon)、碳化娃(silicon carbide)、娃锗(silicon germanium)、 石申化嫁(gallium arsenide)、氮化嫁(gallium nitride)、错(germanium)、硫化锋 (zinc sulfide)、憐化嫁(gallium phosphide)、铺化嫁(gallium antimonide)、石申憐化嫁钢(gallium indium arsenide phosphide)、憐化招(aluminum phosphide)、石串化招(aluminum arsenide)、石申化招嫁(aluminum gallium arsenide)、氮化嫁(gallium nitride)、氮化硼(boron nitride)、氮化招(aluminum nitride)、石申化铟(indium arsenide)、憐化铟(indium phosphide)、铺化铟(indium antimonide)、氮化铟(indium nitride)及其类似物,包括其等的混合物。在一具体实施例中，该半导体材料可包括氮化镓、氮化招、氮化铟及其等的复合物(composites)。在另一具体实施例中，该半导体材料可包括氮化镓。因此，本发明先以纲要、较为广泛的方式描述本发明的各项特征，以使后续的详细说明可更被理解，进而使本发明对所述领域的贡献可有更佳的领会。本发明其他特征将通过下列的详细说明与权利要求变得更加清晰，或可通过实施本发明来了解本发明的其他特征。
图I为本发明的一具体实施例的石墨烯晶格的示意图。
图2为本发明的另一具体实施例的钻石装置上的石墨烯的剖面图。图3为本发明的又一实施例的钻石装置上的石墨烯的剖面图。主要元件符号说明12钻石基材；14石墨烯材料；16半导体材料。
具体实施例方式定义以下，将使用下列用语的定义叙述与主张本发明的内容。单数型态的“一”及“该”包含多的意义，除非文中有明确指出不同的意义。因此， 举例而言，“一颗粒”包含了一或一个以上所述的颗粒，且“该材料”包含了一个或多个此种材料。本文所使用的用语“实质上”是指一作用、特征、性质、状态、结构、物品或结果的完全或近乎完全的范围或是程度。举例而言，一物体“实质上”被包覆，其意指该物体被完全地包覆，或者被近乎完全地包覆。在一些情况下，相比于绝对完全实际上可允许的偏差程度取决于特定的内文而决定。然而，一般而言，接近完全时所得到的结果将如同在绝对且完整完全时得到的整体结果相同。且使用“实质上”表达负面含意时，也可用于描述完全或近乎完全地缺乏一作用、特征、性质、状态、结构、物品或结果。举例而言，一 “实质上没有”某颗粒的组成物，可代表完全或接近完全缺少某颗粒，且其效应如同完全没有某颗粒的程度。换言之，一 “实质上没有”一成分或元素的组成物实际上仍可能包含该成分或是元素，仅当其等的可量测的效应不存在时。如本文所使用的用语“大约”是指给予数值范围的边界值稍微弹性的用词，所提供的数值可“稍微高于”该边界值，或是“稍微低于”该边界值。如本文所使用者，多个物品、结构元件、组成元素及/或材料，基于方便考虑可用一般列表方式呈现。然而，该等列表应被解释为列表中的各个构件被独立的视为个别且独立的构件。因此，不能仅基于此列表的构件出现在同一群组中没有其他反面的指示，而将此列表中的各独立构件均解释为事实上同等于同列表中的任何其他构件。浓度、数量以及其他数值数据在本文中可用一范围形式表达或呈现。要了解的是， 此范围形式仅仅为了方便与简洁而使用，因此该范围形式应该被弹性地解释为不仅包含了已被确切描述作为范围限制的数值外，也包含在该范围中的所有个别数值或子范围，就如同每一数值与子范围都已被明确引述一样。举例说明，一个“大约I至5”的数值范围应被解释为不仅包含明确引述的数值“大约I至5”外，也包含在该指定的范围内的独立数值以及子范围。因此，包含在此数值范围中的分别有如2、3及4的独立数值，如I至3、2至4及 3至5等的子范围、以及1、2、3、4及5等数值。此相同的原则适用于仅描述单一数值作为最小值或最大值的记载范围。此外，不论所描述的范围或特征的幅度为何，都应该采用相同的解释。本发明本发明涉及一种新颖的钻石-石墨烯装置、石墨烯材料及其相关方法。发明人发现一种将一部分的钻石基材转变为石墨烯的制造方法。如图I所示，石墨烯是一种由Sp2键结的碳原子所形成的单一原子厚度平面片状物，其中该等SP2键结的碳原子是紧密堆迭成具有蜂巢结晶晶格的碳环结构。在石墨烯中，碳-碳的键长大约是I. 45埃(人)，其短于钻石中的I. 54埃。石墨烯为其他石墨材料的基本结构成分，该石墨材料包括石墨、纳米碳管、 富勒烯等。应注意的是，在本文使用的用语“石墨烯”指包括单一原子层的石墨烯以及多层堆迭的石墨烯。完美的石墨烯平面仅由六方晶体所组成，且任何在石墨烯内可能构成“缺陷”的五方或七方晶体，将会改变石墨烯层的平面性质。例如，当12个位于适当位置的五角形形成一平面的富勒烯时，单独的五方晶体会将该平面弯曲(warp)成圆椎状，并且，单独的七角形会将该平面弯曲成马鞍形状(saddle-shape)。由于石墨烯平面的弯曲会降低电子移动率以及导热性，这对于某些需要这些特性的应用当中是不希望发生前述弯曲的情形的。石墨烯层的物理特性可以使其成为一种能够与各种不同装置整合的有益材料。数种装置与用途皆可纳入考虑，且下列的实例不应视为一种限制性的实例。例如，在一实施例中，石墨烯的高电子移动率可以使其成为积体电路中有用的组件。此种材料能形成一又薄又精密复杂的具有有益的电子特性的积体电路元件。在另一实施例中，石墨烯可用以作为一侦测单一分子或是多个分子(包括气体)的感测器。石墨烯层的二维结构(2D structure)能有效地将石墨烯材料的整体体积暴露至一周围环境中，使其成为一种用以侦测分子的有效材料。由于一气体或其他分子吸附至石墨烯的表面时，在吸附位置会产生电阻的可侦测的局部变化，使此一分子侦测可以间接的方式量测。由于其具有高电子传导力与低杂讯的特性，使石墨烯可成为此种侦测方式中有用的材料。在另一实施例中，石墨烯层可用以作为一表面声波滤波器，在此例子中，由于该石墨烯材料的共振效应，一电压信号可以被传送。在又一实施例中，石墨烯可作为一压力感测器。当该石墨烯晶格受到一压力而偏斜时，可通过侦测电阻值的变化测量此压力大小。在再一实施例中，石墨烯层可作为用于发光二极管(LEDs)应用、液晶显示器应用以及太阳能板等的透明电极。如前所述，此制造方法将一部分的钻石基材转变为石墨烯。在一实施例中，石墨烯可形成于该钻石基材的(111)结晶面上。石墨烯可被视为一平坦的钻石(111)面，或钻石
(111)面为折迭(或是非平面的)的石墨烯。通常，当单一层的石墨烯定义为平面时，多层的石墨烯通常为非平面的。在六方石墨(普通石墨的主要型态)的例子中，每层石墨烯层中每隔一个碳原子连接至邻近的石墨烯层，而未连接的碳原子是由相邻的石墨烯层的碳六方晶处偏移出。因此，虽然通过略逊于钻石的(111)面的键结程度，以范德华作用力与其他原子稍微相互靠近，通过原子的键结也可将石墨烯(或是石墨)表面折迭。在菱面型石墨(rhomobohedral graphite)的例子中，该ABC层类似于立方钻石的偏移。换言之，菱面型石墨可视为一延伸的立方钻石，且立方钻石可视为折迭的菱面型石墨。通过在真空下加热一钻石基材，一部分的钻石表面可转变为石墨烯材料。在不局限于任何特定的科学理论下，该钻石材料可经由麻田散体变态转变为石墨烯，由于麻田散体变态涉及原子的位移(displacement)而非原子的扩散，因此此种转变可以是迅速的。在一些例子中，尤其是当该钻石基材的尺寸增加时，可能难以制造出没有晶界的石墨烯层。为了解决所述的困难，钻石基材可以通过一层接着一层的接续进行方式转变成石墨烯，以使钻石与石墨烯材料之间维持有一磊晶关系。此种接续转变的方式可通过在即将转变的钻石表面上涂布一金属来达成，其金属为诸如一金属合金。金属合金，以及尤指一种含有铁、镍、和/或钴的金属合金，其具有在高压下将石墨烯(或石墨)转变成钻石与在低压下将钻石转变成石墨烯的能力。在不局限于任何特定的科学理论下，该转变似乎是通过金属原子的原子尺寸相对于钻石/石墨烯中的碳原子的尺寸所达成。由于金属原子的空 d轨域会吸引碳原子上的P电子，因此该金属原子在高压下可选择性的吸引石墨烯上每隔一个的碳原子，以导致该材料折迭而形成一钻石材料。此外，在低压下也会发生同样的吸引程序，以一接续的方法使该钻石材料松解(relax)，并且使该钻石材料平坦化而转变成石墨烯。在一些例子中，该转变可通过金属合金的组成和/或厚度，以及炉中的温度与真空条件而减缓。举例而言，如果仅单独使用铁，雪明碳铁(碳化铁)(cementite (iron carbide))可能会因为铁的活性而形成，进而破坏该石墨烯晶格。另一方面，铜与锌活性较低是因为这些原子不具有空d轨域，因而无法吸引碳原子。因此，这些在金属合金中的材料可以减缓其他合金成分的活性。因此，一种如镍-铜的合金可以减缓金属和碳原子之间的活性，进而减缓两者间的吸引力。如此一来，通过此种方法可控制该转变仅会对钻石表面的表面层(例如100层或是厚度大约为30纳米(nm))造成影响。因此，若通过所述的方式控制其转变，该钻石晶格将会逐渐地松解或是相转变为石墨烯晶格。石墨烯可在钻石基材的(100)面上形成也纳入考虑，其能通过在氢气气氛且真空下加热该钻石基材所达成，且可以在没有金属合金涂层的存在下完成石墨烯的生长。在此例子中，该石墨烯平面会以垂直于(100)钻石表面的配向成长。各种不同钻石材料皆被纳入考虑作为钻石基材，且任何能够通过本发明的不同实施例的方法转变成石墨烯的钻石材料皆视为本发明的范畴。例如，钻石基材可包括天然或是合成的钻石、类钻碳(diamond-like carbon)、非晶钻石(amorphous diamond)、多晶钻石 (polycrystalline diamond)及其类似物。此外,钻石基材的尺寸可取决于石墨烯材料的预定用途而有所不同。例如，在一实施例中，该钻石基材可为一纳米钻石颗粒。在其他实施例中，该钻石基材的尺寸可为数微米、数百微米、数千微米或是更大。在另一实施例中，钻石基材可介于大约20目(mesh)至400目。该金属或是金属合金可涂布于钻石基材的各种不同的结晶面，且所产生的石墨烯层可取决于基材的表面配向(facial orientation)而有所不同。例如，在一实施例中，该金属合金可涂布于该钻石基材的(111)结晶面。所产生的石墨烯材料会被配向为平行于该钻石基材的表面，并且与锌矿结构的半导体(wurtzite structure semiconductor)相容。 如前所述，形成在钻石基材的(100)面上的石墨烯会具有一与钻石表面垂直的平面。应注意的是，该石墨烯可形成在一单一结晶面上、多个具有相同配向的结晶面上或是多不同配向的结晶面上。如前所述，涂布在钻石基材的金属材料(如金属合金)，可允许将一部分的钻石基材转变成石墨烯。在一实施例中，金属合金的一成份与钻石表面作用将松解折迭的钻石转为石墨烯的状态，同时，金属合金的另一成份将会减缓第一成份的活性。该第一金属合金成份可包括任何一种能够通过麻田散体变态与钻石作用藉以产生石墨烯的金属材料，该材料的非限制性的实例可包括铁、镍、钴及包含其等的组合物及其类似物。该第二成份可包括任何一种能减缓第一金属合金成份的活性的金属材料，非限制性的例子包括铜、锌及包含其等的组合物及其类似物。一具体的非限制性的例子包括镍-铜。该钻石基材与该金属合金在真空下加热至一温度后，将会使钻石材料转变至石墨烯。发生转变的温度可取决于金属合金的材料、金属合金的厚度、钻石基材的尺寸及其类似物而有所不同。即，本发明所属技术领域中技术人员一但拥有本说明书，即具有微调温度与压力条件至符合一给定材料的能力。作为一广泛的方针，然而，该钻石基材加热至介于大约 600°C至1400°C之间的温度。此外，该真空介于大约10-4托耳至10_6托耳。在一些实施例中，在钻石基材与石墨稀之间维持一嘉晶关系可能是重要的，尤其， 该磊晶关系对于那些将钻石基材与石墨烯整合于电子装置(例如发光二极管)的应用可能更是重要。其一磊晶关系允许热和/或电子由一材料传递至另一材料或是通过石墨烯材料本身传递热和/或电子。一种非嘉晶关系(non-epitaxial relationship)则会将晶界 (grain boundaries)引入石墨烯材料中，而可能妨碍在石墨烯材料中的移动。可使用各种不同逆转换的方法维持外延石墨烯层(expanding graphene layers)的嘉晶(epitaxy),且任何所述的方法皆视为本发明的范畴。在一示范性的实施例中，该钻石基材与成长的石墨烯材料可在氢的存在下受到高的热度。这样，非磊晶的碳原子会选择性的被气化成为甲烷， 使其由成长的石墨烯中脱离。该选择性的气化部分是因为Sp3键结的未气化的缘故。因此， 在一实施例中，该钻石基材在一氢气气氛下加热至一大于或等于大约700°C的温度，藉以气化非磊晶的碳原子。一旦该石墨烯材料在钻石基材上形成后，即可以执行各种不同的进一步的制造方法步骤。例如，在一实施例中，该石墨烯可由该基材脱离。在另一实施例中，该钻石基材与石墨烯可一起作为一基材使用于进一步的制造方法，举例来说，诸如整合至一电子装置。如此，可于石墨烯材料上沉积一半导体材料，且可于该石墨烯材料上以磊晶或是未磊晶的方式沉积有该半导体材料。因此，请参阅图2所示，在一实施例中提供一钻石-石墨烯装置。该装置包括一钻石基材12以及一形成在该钻石基材12的一结晶表面上，且以嘉晶方式对齐该钻石基材12 的结晶表面的石墨烯材料14，该石墨烯材料14经配向以致使得实质上全部的石墨烯平面平行于该钻石基材12的结晶表面。请参阅图3所示，在再一实施例中，该石墨烯材料14上设置有一半导体材料16。石墨烯层的物理特性，特别是以磊晶方式被结合至钻石时，会使石墨烯层成为一种能与多种装置整合的有益材料。数种装置与用途皆纳入考虑，且下列的实例不应视为限制。例如，在一实施例中，石墨烯的高电子移动率使其作为一积体电路的组件与各种不同积体电路的元件是有用的。在另一实施例中，石墨烯可用以作为一侦测单一分子或是多分子 (包括气体)的感测器。石墨烯层的二维结构能有效地将石墨烯材料的整体体积暴露至一周围环境中，使其成为一种侦测分子的有效材料。此种分子侦测可以间接的方式量测当一气体吸附至石墨烯的表面时，在吸附位置会感受到电阻的局部变化。由于石墨烯具有高电子传导力与低杂讯的特性，而使得电阻变化变成可侦测的，因此石墨烯为作为一种侦测的有用材料。在另一实施例中，石墨烯层可用以作为一表面声波滤波器，在此实例中，由于该石墨烯材料的共振效应，一电压信号可以被传递。在又一实施例中，石墨烯可作为一压力感测器。在再一实施例中，石墨烯层可作为用于发光二极管、液晶显示器以及太阳能板等的的透明电极。
因此，相比于以往所述可能的磊晶，该石墨烯可允许一介于热能散热的钻石基材(thermal heat spreading diamond substrate)以及电性活化的半导体材料 (electrically active semiconductor materials)之间具有较佳的嘉晶。在一具体的实例中，形成在钻石基材的(111)面上的石墨烯将以磊晶方式与一锌矿结构的氮化物发光二极管(nitride LEDs)相容,该石墨烯材料以嘉晶方式结合至该钻石基材,并且也允许氮化镓嘉晶沉积在其上方。因此，由于热能整合钻石基材(thermally integrated dimond substrate)的缘故，在石墨烯材料上形成氮化物发光二极管(例如氮化镓)可导致一发光二极管具有良好的冷却性质。所述的发光二极管可在较高的操作温度下和/或操作较长一段的时间也不会失败。一紫外光发光二极管也可通过在能隙约为6电子伏特m的石墨烯上沉积氮化硼或氮化铝而形成。除了发光二极管装置，该钻石-石墨烯基材可整合于一分子感测器、液晶显示器、太阳能板、压力感测器、表面声波滤波器、共振器、信号传输器、 信号接收器及其类似物。取决于该电子装置的性质以及预定的结果，该石墨烯材料上可沉积各种不同种半导体材料。该半导体材料的非限制性的实例包括硅、碳化硅、硅锗、砷化镓、氮化镓、锗、硫化锌、磷化镓、铺化镓、砷磷化镓铟、磷化招、砷化招、砷化招镓、氮化镓、氮化硼、氮化招、砷化铟、磷化铟、锑化铟、氮化铟及其等的混合物。在一较具体的实施例中，该半导体材料包括氮化镓、氮化铝、氮化铟及其等的混合物。在一些实施例中，该石墨烯层上可沉积一六方氮化硼层(hBN layer)。更多有关于石墨烯装置以及石墨烯/六方氮化硼装置的信息可从申请日为2010年11月29日的美国专利申请案第12/955，505号，以及申请日为2010年I月 26日的美国暂时专利申请案第61/298，458号中得知，且上述所列的两篇专利号码均为作为本案的参考资料。在本发明的一些实施例中，石墨烯层可掺杂有许多种掺杂物。掺杂物可用以改变一石墨烯层的物理性质，和/或可用以改变石墨烯层间的物理作用力。所述的掺杂可发生在石墨烯形成的期间，通过加入一掺杂物至该金属合金或是钻石基材中，或者，也可在形成有石墨烯层之后，才在层内沉积该掺杂物。举例来说，通过掺杂硼可形成一P型半导体。多种掺杂物可用以掺杂该石墨烯层，具体非限制性的实例可包括硼、磷、氮及其等的组合物。为了在层中形成电路，也可利用掺杂改变石墨烯层中特定区域的电子移动率，所述的特定点掺杂(site specific doping)可允许在一石墨烯层中成型一电子电路。进一步的，当石墨烯层具有一高的电子移动率时，成堆的石墨烯层间的导电性将较为受到限制。 通过掺杂金属原子或是其他具导电性的材料，可以提升堆迭的层之间的电子移动率。应了解的是，上述内容仅供说明本发明原理的应用。在不违背本发明范围及精神的前提下，本发明所属技术领域具有技术人员可做出的多种修改及不同的安排，且权利要求则意图涵盖这些修改与不同的安排。因此，当本发明中目前被视为是最实用且优选的实施例的细节已被揭露如上时，对于本发明所属技术领域技术人员而言，可显而易知的依据本文中所提出的概念与原则来作出而不受限于多种包含了尺寸、材料、外形、形态、功能、操作方法、组装及使用上的改变。
权利要求
1.一种在钻石基材上形成石墨烯的方法，其包含涂布一金属层至一钻石基材的一结晶面；以及在真空下加热所述钻石基材，以将位于所述结晶面的一部分钻石基材转变为石墨烯。
2.如权利要求I所述的在钻石基材上形成石墨烯的方法，其中所述金属层仅涂布在具有相同结晶配向的钻石基材面上。
3.如权利要求I所述的在钻石基材上形成石墨烯的方法，其中所述金属层仅涂布在所述钻石基材的一单一结晶面。
4.如权利要求I所述的在钻石基材上形成石墨烯的方法，其还包括使所述石墨烯由所述钻石基材脱离。
5.如权利要求I所述的在钻石基材上形成石墨烯的方法，其中所述结晶面为一(111)面。
6.如权利要求I所述的在钻石基材上形成石墨烯的方法，其中所述钻石基材加热至介于大约600°C及大约1400°C之间的温度。
7.如权利要求I所述的在钻石基材上形成石墨烯的方法，其中所述真空为大约10_4托耳至大约10_6托耳。
8.如权利要求I所述的在钻石基材上形成石墨烯的方法，其中所述金属层为金属合金。
9.如权利要求8所述的在钻石基材上形成石墨烯的方法，其中所述金属合金包括一物质，所述物质选自下列所构成的群组铁、镍、钴及其等的组合物。
10.如权利要求8所述的在钻石基材上形成石墨烯的方法，其中所述金属合金包括一物质，所述物质选自下列所构成的群组铜、锌及其等的组合物。
11.如权利要求I所述的在钻石基材上形成石墨烯的方法，其中将位于所述结晶面的一部分钻石基材转变为石墨烯包括通过麻田散体变态转变所述部分的所述钻石基材。
12.如权利要求I所述的在钻石基材上形成石墨烯的方法，其中所述钻石基材为一纳米钻石。
13.如权利要求I所述的在钻石基材上形成石墨烯的方法，其中所述钻石基材与所述石墨烯之间维持有一磊晶关系。
14.如权利要求13所述的在钻石基材上形成石墨烯的方法，其还包括在一氢气气氛下加热所述钻石基材至大于或等于700°C的温度，以气化未磊晶的碳原子。
15.如权利要求I所述的在钻石基材上形成石墨烯的方法，其还包括在所述石墨烯上以磊晶方式沉积一半导体材料。
16.一钻石-石墨烯装置，其包含一钻石基材；以及一石墨烯材料，其形成在所述钻石基材的一结晶表面上，且所述石墨烯材料以磊晶方式对齐所述钻石基材的结晶表面，其中所述石墨烯材料经配向，以致使得实质上全部的石墨烯平面平行于所述结晶表面。
17.如权利要求16所述的钻石-石墨烯装置，其中所述石墨烯材料由一部分的钻石基材所形成。
18.如权利要求16所述的钻石-石墨烯装置，其中所述石墨烯材料形成在所述钻石基材的一(111)面上。
19.如权利要求16所述的钻石-石墨烯装置，其还包括一半导体材料，其为磊晶设置在所述石墨稀材料上。
20.如权利要求19所述的钻石-石墨烯装置，其中所述半导体材料包含一物质，所述物质选自硅、碳化硅、硅锗、砷化镓、氮化镓、锗、硫化锌、磷化镓、锑化镓、砷磷化镓铟、磷化铝、砷化铝、砷化铝镓、氮化镓、氮化硼、氮化铝、砷化铟、磷化铟、锑化铟、氮化铟及其等的混合物。
21.如权利要求19所述的钻石-石墨烯装置，其中所述半导体材料包含一物质，所述物质选自氮化镓、氮化铝、氮化铟及其等的混合物。
22.如权利要求16所述的钻石-石墨烯装置，其中所述装置整合在一装置中，所述装置选自分子感测器、发光二极管、液晶显示器、太阳能板、压力感测器、表面声波滤波器、共振器及其等的组合物。
23.—种钻石-石墨烯装置，其是由如权利要求I所述的方法所制得。
24.一种在钻石基材上形成石墨烯的方法，其包含在真空下在一氢气气氛中加热一钻石基材，以将位于一(100)结晶面的一部分钻石基材转变为石墨烯。
全文摘要
本发明公开了一种钻石装置上的石墨烯及其相关方法。例如，一方面，提供一种在钻石基材上形成石墨烯的方法，该方法可包括涂布一金属层至钻石基材的结晶面；以及在真空下加热该钻石基材，以将位于结晶面的一部分钻石基材转变为石墨烯。另一方面，金属层仅涂布在具有相同结晶配向的钻石基材面上。又一方面，该金属层仅涂布在该钻石基材的单一结晶面。此外，再一方面，将位于结晶面的一部分钻石基材转变为石墨烯包括通过一麻田散体变态转变该部分的钻石基材。
文档编号C01B31/00GK102583327SQ20121000831
公开日2012年7月18日 申请日期2012年1月12日 优先权日2011年1月13日
发明者宋健民 申请人:宋健民