专利名称：具有可调势垒的石墨烯开关装置的制作方法
技术领域：
示例实施方式涉及具有可调的半导体势垒的石墨烯开关装置。
背景技术：
具有二维六方碳结构的石墨烯是可代替半导体的材料，因此最近已经在世界范围积极地进行了有关石墨烯的研究。石墨烯可以是零带隙半导体。在形成具有IOnm或更小的石墨烯沟道宽度的石墨烯纳米带(GNR)时，带隙通过尺寸效应形成。因此，通过使用GNR可以制造可在室温操作的场效应晶体管。
当使用GNR作为沟道的石墨烯晶体管被制造时，石墨烯晶体管的开/关电流比(on/off ratio)可能增大。然而,在GNR处的迁移率可能大大降低，并且石墨烯晶体管的导通电流由于GNR的不规则(distorted)边缘而可能较小。作为消除GNR的缺点的一种方法，可以通过在垂直方向上施加电场到双层的石墨烯而形成带隙。然而，此方法是大尺寸CVD方法，因此可能难以生长均匀的双层石墨烯并且由于随机域(domain)而难以商品化。
发明内容
示例实施方式涉及一种具有可调的半导体势垒的石墨烯开关装置。额外的方面将在随后的描述中部分地阐述，并且部分将通过该描述而明显，或可以通过对示例实施方式的实践而习之。根据示例实施方式，一种具有可调势垒的石墨烯开关装置包括栅基板(gatesubstrate);在栅基板上的栅介电层(gate dielectric);在栅介电层上的石墨烯层；半导体层和第一电极，顺序堆叠在石墨烯层的第一区上，半导体层掺杂有η型杂质和P型杂质的其中之一，以及半导体层面对栅基板，石墨烯层位于半导体层与栅基板之间；以及第二电极，在石墨烯层的第二区上，该第二区与石墨烯层的第一区间隔开。半导体层可以包括硅、锗、硅-锗、III-V族半导体以及II-VI族半导体的其中之
O石墨烯层可以与第一电极分离。半导体层可具有在大约Inm至大约IOnm范围的厚度。第一电极和第二电极可以包含金属和多晶娃的其中之一。石墨烯开关装置可以是单极(uni-polar)晶体管，该单极晶体管的极性与半导体层的杂质类型相同。半导体层可配置成在石墨烯层和第一电极之间形成能隙，该能隙可根据施加到栅基板的栅电压改变。石墨烯层的一部分可包括一层至四层石墨烯。根据示例实施方式，一种具有可调势垒的石墨烯开关装置包括半导体层，配置成在石墨烯层与第一电极之间形成能隙，该第一电极位于半导体层的第一区上，该石墨烯层位于半导体层上；绝缘层，在半导体层的第二区上，该绝缘层与第一电极分离，石墨烯层位于第一电极与绝缘层之间，石墨烯层延伸到绝缘层上；第二电极，在石墨烯层和半导体层的第二区上，第二电极面对绝缘层；在石墨烯层上的栅介电层；以及栅电极，在栅介电层上。半导体层可包括硅、锗、硅-锗、III-V族半导体和II-VI族半导体中的其中之一。石墨烯层可以与所述第一电极分离。石墨烯层与第一电极之间的间隙可以在大约Inm到大约30nm的范围。第一电极和第二电极可以包含金属和多晶娃的其中之一。石墨烯开关装置可以是单极晶体管，该单极晶体管具有与半导体层的杂质类型相同的极性。通过半导体层形成的能隙可以根据施加到栅电极的栅电压改变。
石墨烯层的至少一部分可以具有一层至四层石墨烯。根据示例实施方式，一种具有可调势垒的石墨烯开关装置包括石墨烯层，包括与第二表面相反的第一表面；半导体层，包含η型杂质和P型杂质的其中之一，半导体层接触石墨烯层的第一表面的第一部分和石墨烯层的第二表面的第一部分的其中之一；第一电极，接触半导体层，第一电极与石墨烯层分离；第二电极，接触石墨烯层的第一表面的第二部分；栅电极；以及栅介电层，接触栅电极和石墨烯层，栅介电层位于栅电极与半导体层之间。半导体层可以包括硅、锗、硅-锗、III-V族半导体以及II-VI族半导体中的其中
之一 O第一电极和第二电极的至少之一可以包含金属和多晶娃的其中之一。石墨烯层的至少一部分可具有一至四层石墨烯的厚度。石墨烯开关装置可以是单极晶体管，该单极晶体管的极性与半导体层的杂质类型相同。半导体层可以配置成在石墨烯层与第一电极之间形成能隙，以及该能隙可以根据施加到栅电极的栅电压改变。栅介电层可以在栅电极上。石墨烯层可以在栅介电层上。半导体层可以在石墨烯层上且可以接触石墨烯层的第一表面的一部分。第一电极可以在半导体层上。第二电极可以与石墨烯层的第一表面上的半导体层间隔开。半导体层可以具体在约Inm至约IOnm的范围内的厚度。半导体层可以接触石墨烯层的第二表面的第一部分。石墨烯层可以在半导体层上。第一电极可以在半导体层上。栅介电层可以在石墨烯层上。栅电极可以在栅介电层上。石墨烯层与第一电极之间的、沿着半导体层的表面的间隙可以在大约Inm至大约30nm的范围内。栅介电层可以填充分离第一电极与石墨烯层的间隙。绝缘层可以位于石墨烯层的第二表面的第二部分与半导体层之间，石墨烯层可以在绝缘层与第二电极之间延伸。石墨烯层可以配置成用作在栅电压施加到栅电极时电子和空穴的其中之一流动通过石墨烯层的路径。石墨烯开关装置可以通过调整流动通过石墨烯层的电流而作为二极管操作。调整电流可以包括以下至少之一在第一电极与第二电极之间施加正向偏压以增大流动通过石墨烯层的电流，和在第一电极与第二电极之间施加负偏压以减少流动通过石墨烯层的电流。石墨烯开关装置可以通过以下操作而作为三极管操作在第一电极与第二电极之间施加正向偏压，调整施加到栅电极的栅电压从而调整半导体层与石墨烯层之间的能隙。增大施加到栅电极的栅电压的幅值可以减小半导体层与石墨烯层之间的能隙。减少施加到栅电极的栅电压的幅值可以增加半导体层与石墨烯层之间的能隙。石墨烯开关装置可以通过以下操作为作为晶体管操作在第一电极与第二电极之间施加负偏压，调整施加到栅电极的栅电压从而调整石墨烯开关装置的饱和电流电平。
通过下文对如附图所示的非限制性的实施方式的描述，这些和/或其他方面将变得明显且更易于理解，在附图中相同的附图标记在不同的附图中始终表示相同的部件。附图不必按比例绘制，重点在于示出示例实施方式的原理。在附图中图I是根据示例实施方式的包括可调势垒的石墨烯开关装置的示意剖视图；图2A、2B、2C和2D是能带图，用于解释根据示例实施方式的、图I的石墨烯开关装置的操作；图3是根据示例实施方式的η型石墨烯开关装置的I-V特性曲线；图4是根据示例实施方式的P型石墨烯开关装置的I-V特性曲线；图5是根据本发明另一实施方式的、包括可调势垒的石墨烯开关装置的示意剖视图；以及图6是根据本发明另一实施方式的、包括可调势垒的石墨烯开关装置的示意剖视图。
具体实施方式
现将参考附图更加全面地描述示例实施方式，其中在附图中示出了一些示例实施方式。然而，示例实施方式可以以不同的形式实施，并且不应解释为限于这里阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式使得本公开将充分和完整，并且将向本领域的普通技术人员全面地传达本发明的范围。在附图中，为了清晰起见，夸大了层和区域的厚度。在附图中的相同附图标记表示相同的元件，因而可以省略它们的说明。将理解的是，当一个元件被称为“连接”或“耦接”到另一元件时，其可以直接连接或耦接到所述另一元件，或者可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接连接”或“直接耦接”到另一元件时，不存在中间元件。如这里所使用的，术语“和/或”包括相关列举项目的一个或更多的任意和所有组合。用于说明元件或层之间的关系的其它词语应该以类似的方式解释(例如，“在…之间”与“直接在…之间”，“相邻”与“直接相邻”，“在…上”与“直接在…上”)。将理解的是，尽管术语“第一”、“第二”等可在此用于说明各种元件、部件、区域、层和/或截面，但是这些元件、部件、区域、层和/或截面不应受这些术语限制。这些术语仅用于区别一个元件、部件、区域、层或截面与另一个元件、部件、区域、层或截面。因此，下文讨论的第一元件、部件、区域、层或截面可以被称为第二元件、部件、区域、层或截面，而不脱离不例实施方式的教导。为了易于说明，可在此使用空间相关的术语，诸如“下面”、“下方”、“下”、“上方”、“上”等，以描述如附图所示的一个元件或特征与别的元件或特征的关系。将理解的是，空间相关术语旨在涵盖装置在使用或操作中的、除了附图所示的取向之外的不同取向。例如，如果附图中的装置翻转，则被描述为在其它元件或特征“下方”或“下面”的元件则取向为在其它元件或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可涵盖上方和下方两种取向。装置可以以其它方式取向(旋转90度或在其它取向上)，并且可相应地解释这里使用的空间相关描述。这里使用的术语仅用于说明特定实施方式，而不旨在限制示例实施方式。如这里使用的，单数形式“一”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另外清楚地表示。还将理解的是，如果在此使用术语“包括”或“包含”，则表明所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一个或更多其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其集合的存在或添加。当在一系列元件之后存在表述诸如“至少一个”时，该表述修饰整列元件而不修饰该列元件中的个别元件。 在这里参考截面图描述了示例性实施方式，所述截面图是示例实施方式的理想化实施方式(和中间结构)的示意性图示。同样地，可以预期由于例如制造技术和/或公差引起的图示的形状的变化。因此，实施方式不应解释为限于这里所示的具体区域形状，而是包括例如由制造引起的形状的偏差。例如，示出为矩形的注入区域可以具有圆化或曲面化的特征和/或在其边缘具有注入浓度的梯度，而不是从注入区到非注入区的二元变化。同样地，通过注入形成的掩埋区可能导致掩埋区与通过其进行注入的表面之间的区域中存在一些注入。因此，附图中所示的区域本质上为示意性的，并且它们的形状不旨在示出装置的区域的实际形状，并且不旨在限制示例实施方式的范围。除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与示例实施方式所属的领域内的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。还将理解的是，术语(诸如在通用字典中定义的术语)应该被解释为具有与其在相关技术的背景中的含义相一致的含义，并且不应解释为理想化或者过于形式化的意义，除非这里明确地这样定义。图I是根据本发明示例实施方式的、包括可调势垒的石墨烯开关装置100的示意首1J视图。参考图1，栅介电层120形成在基板110上。石墨烯层130形成在栅介电层120上。半导体层140形成在石墨烯层130的第一区上，第一电极151形成在半导体层140上。第二电极152形成在石墨烯层130的与第一区分离的第二区上。第一电极151可以是源电极和漏电极之一，第二电极152可以是源电极和漏电极中的另一个。第一电极151和第二电极152可以由金属或多晶娃形成。基板110可起背栅(例如，栅电极)的作用，并可以由金属或掺杂有杂质的半导体形成。栅介电层120可以由硅氧化物或硅氮化物形成，但是示例实施方式不限于此。石墨烯层130可以通过转印石墨烯(其通过化学气相沉积(CVD)法制得)并且图案化所转印的石墨烯而形成。石墨烯层130可包括单层石墨烯至四层石墨烯。石墨烯层130可以是载流子的移动路径并可具有零带隙，和/或小于30meV的带隙。半导体层140可以包括硅、锗、硅-锗、III-V族半导体以及II-VI族半导体中的其中之一。半导体层140可以形成为具有用于载流子隧穿的厚度。虽然半导体层140的厚度可根据所使用的材料而改变，但半导体层140可具有在大约Inm至大约IOnm范围的厚度。半导体层140可以掺杂有P型杂质或者η型杂质。如图I所示，半导体层140设置为面对栅电极(背栅基板110)，石墨烯层130插置在其间。半导体层140的能隙可以由栅电压控制。因此，半导体层140是可调的势垒，并可以被称为半导体势垒。具有可调势垒的石墨烯开关装置100可以是单极晶体管(uni-polartransistor),其根据半导体层140的极性变成η型晶体管或p型晶体管。也就是说，如果半导体层140掺杂有η型杂质，则具有可调势垒的石墨烯开关装置100是η型晶体管。否则，如果半导体层140掺杂有P型杂质，则具有可调势垒的石墨烯开关装置100是P型晶体管。因而，石墨烯层130可以根据施加到基板110的栅电压而被静电掺杂。图2Α至2D是能带图，用于解释根据示例实施方式的、图I的石墨烯开关装置100的操作。
图2Α和图2Β是能带图，用于解释η型石墨烯开关装置100的操作。图2Α显示在施加栅电压以前的状态，图2Β显示在施加栅电压时的状态。参考图2Α，在栅电压没有施加到基板110 (其是栅电极)的状态下，与石墨烯层130和第一电极151的各功函数相应的能带结构分别形成在半导体层140的两侧。因为石墨烯开关装置100包括η型半导体层140，所以多数载流子是电子。第一电极151与石墨烯层130之间的半导体层140是其间的能量势垒。根据示例实施方式，半导体层140也被称为半导体势垒。载流子的迁移受到石墨烯层130与半导体层140之间的能隙Eg的限制。在图2Α和图2Β中，EF指石墨烯层130的费米能级。参考图2Β，在期望的(替代地，和/或预定的)电压施加到第一电极151和第二电极152的状态下，当期望的(替代地，和/或预定的)的正栅电压+Vg施加到基板110 (其是背栅)时，半导体层140的能隙Eg减小，如虚线所指示。因此，电子易于从石墨烯层130移动到第一电极151。由于栅电压，电流可以在石墨烯开关装置100中流动，因此，石墨烯开关装置100起场效应晶体管的作用。石墨烯层130是载流子的路径(pathway)，这不同于常规场效应晶体管的沟道。由于能隙Eg减小，所以电子可因半导体层140的隧穿效应而移动通过半导体层140。随着栅电压增大，半导体层140的能隙Eg进一步减小。因此，半导体层140的能隙Eg是可控制的。图3是根据示例实施方式的η型石墨烯开关装置的I-V特性曲线。参考图3，当源漏电压是正电压时，漏极电流在箭头A指示的方向上增大，同时能隙可以随着栅电压增大而减小。在图2Α和图2Β中，当负电压施加到包括η型半导体层140的石墨烯开关装置100的第一电极151时，电子良好地(well)流动而没有能量势垒。然而，当正电压施加到第一电极151时，电流会因能量势垒而不能良好地流动。因此，石墨烯开关装置100可以起二极管的作用。此时，由于能量势垒的大小因栅电压的增大而被控制，所以电流在箭头B指示的方向上增大，因此石墨烯开关装置100的二极管特性可以被控制。图2C和图2D是能带图，用于解释P型石墨烯开关装置100的操作。图2C显示在施加栅电压以前的状态，图2D显示当施加栅电压时的状态。参考图2C，在栅电压没有施加到基板110 (其是栅电极)的状态下，与石墨烯层130和第一电极151的功函数相应的能带结构分别形成在半导体层140的两侧。因为石墨烯开关装置100包括P型半导体层140，所以多数载流子是空穴。第一电极151与石墨烯层130之间的半导体层140是其间的能量势垒。载流子的迁移受到石墨烯层130与半导体层140之间的能隙Eg的限制。在图2C和图2D中，EF指石墨烯层130的费米能级。 参考图2D，在期望的(替代地，和/或预定的)电压施加到第一电极151和第二电极152的状态下，当期望的(替代地，和/或预定的)负栅电压-Vg施加到基板110 (其是背栅)时，半导体层140的能隙Eg减小，如虚线所指示。因此，空穴容易地从石墨烯层130移动到第一电极151。这表示由于栅电压，电流在石墨烯开关装置100中流动，因此石墨烯开关装置100起场效应晶体管的作用。由于能隙Eg减小，空穴可因半导体层140的隧穿效应而移动通过半导体层140。随着栅电压的量值增大，半导体层140的能隙Eg进一步减小。因此，半导体层140的能隙Eg是可控制的。图4是根据示例实施方式的P型石墨烯开关装置的I-V特性曲线。参考图4，当源漏电压是负电压时，随着负栅电压的绝对值增大，能隙减小，使得漏极电流在箭头C指示的方向上增大。在图2C和图2D中，当正电压施加到包括P型半导体层140的石墨烯开关装置100的第一电极151时，空穴成功地流过能量势垒。然而，当负电压施加到第一电极151时，空穴可能因能量势垒而不能成功地流动。因此，石墨烯开关装置100起二极管的作用。同时，在这一点上，由于能量势垒的大小因负栅电压的绝对值的增大而被控制在低水平，所以空穴在箭头D指示的方向上增加，因此，石墨烯开关装置100的二极管特性可以被控制。在使用常规石墨烯沟道的场效应晶体管中，为了在石墨烯层中形成带隙，石墨烯纳米带沟道可以通过图案化石墨烯而形成。然而，在图案化工艺中，可能损害石墨烯沟道。然而，在根据示例实施方式的具有可调势垒的石墨烯开关装置100中，通过在第一电极151与石墨烯层130之间设置半导体层140，能隙可以形成在第一电极151与石墨烯层130之间。同样，因为石墨烯层130仅起载流子路径的作用，所以场效应晶体管可以通过使用石墨烯层130而实现。同样，因为对于石墨烯的宽度没有特别的限制，所以可以减少(和/或避免)在形成石墨烯纳米带沟道的工艺中的产量降低。参考图I、图3和图4，根据示例实施方式的石墨烯开关装置100还可以作为三极
管和/或晶体管操作。对于三极管操作，正向偏压(图3中的左部分，或图4中的右部分)可以施加在第一电极151与第二电极152之间(或者对于η型石墨烯开关装置100，负电压可以施加到第一电极151并且第二电极152可以接地；或者对于P型石墨烯开关装置100，正电压可以施加至IJ第一电极151并且第二电极152可以接地)，栅电压可以施加到基板110，从而开启二极管导通电压。导通电压可以在负栅电压施加到η型石墨烯开关装置100的基板110或者正电压施加到P型石墨烯开关装置100的基板110时增大。导通电压可以在正栅电压施加到η型石墨稀开关装置100的基板110或者负电压施加到P型石墨稀开关装置100的基板110时减小。
对于晶体管操作，反向偏压(图3中的右部分，和图4中的左部分)可以施加在第一电极151与第二电极152之间(或者对于η型石墨烯开关装置100，正电压可以施加到第一电极151并且第二电极152可以接地；或者对于P型石墨烯开关装置100，负电压可以施加至IJ第一电极151并且第二电极152可以接地)，栅电压可以施加到基板110，从而开启饱和电流电平。在晶体管操作中，饱和电流电平可以在正栅电压施加到η型石墨烯开关装置100的基板110或者负栅电压施加到P型石墨烯开关装置100的基板110时增大。饱和电流电平可以在栅电压开启(负栅电极施加到η型石墨烯开关装置100的基板110或者正栅电压施加到P型石墨烯开关装置100的基板110)时减小。因此，通过施加栅电压，装置电流可以被调制为使根据示例实施方式的石墨烯开关装置100作为晶体管操作。图5是根据示例实施方式的、包括可调势垒的石墨烯开关装置200的示意剖视图。·
参考图5，第一电极251设置在基板210的第一区上，绝缘层220形成在基板210的与第一区分离的第二区上。石墨烯层230形成在基板210和绝缘层220上。石墨烯层230与第一电极251分离并在第一区和第二区之间以延伸到绝缘层220上。石墨烯层230与第一电极251之间的分离距离d可以在大约Inm到大约30nm的范围。面对绝缘层220的第二电极252形成在第二区上，石墨烯层230插置在其间。覆盖部分石墨烯层230的栅介电层260形成在基板210上。栅电极270形成在栅介电层260上。第一电极251和第二电极252分别可以是源电极和漏电极,反之亦然。第一电极251和第二电极252可以由金属或多晶娃形成。基板210可以是半导体基板(在下文，基板210被称为半导体基板210)。半导体基板210与上文所述的石墨烯开关装置100的半导体层140相应。半导体基板210可以由硅、锗、硅-锗、III-V族半导体以及II-VI族半导体中的其中之一形成。半导体基板210可以被掺杂有P型杂质或者η型杂质。如在图5中所示，半导体基板210设置为面对栅电极270，石墨烯层230位于其间。因此，半导体基板210的能带可以受栅电压影响。栅介电层260可以由硅氧化物或硅氮化物形成，但是示例实施方式不限于此。石墨烯层230可以通过转印石墨烯并且图案化所转印的石墨烯而形成，其中该石墨烯通过化学气相沉积(CVD)法形成。石墨烯层230可包括单层石墨烯至四层石墨烯。石墨烯层230可以是载流子的移动路径并可具有零带隙，和/或小于30meV的带隙。当在石墨烯层230与半导体基板210之间形成结时,半导体基板210的一部分可以在半导体基板210的顶部沉积石墨烯层230之前暴露。如果以半导体基板210上的绝缘体开始，则在结区中的绝缘体的一部分可以被蚀刻，从而暴露半导体基板210的下层部分。然后，石墨烯可以直接沉积在半导体基板210的暴露部分上。具有可调势垒的石墨烯开关装置200可以是单极晶体管，其根据半导体基板210(其是半导体势垒)的极性可以是η型晶体管或P型晶体管。也就是说，如果半导体基板210掺杂有η型杂质，则石墨烯开关装置200是η型晶体管，如果半导体基板210掺杂有ρ型杂质，则石墨烯开关装置200是ρ型晶体管。根据示例实施方式的、包括可调势垒的石墨烯开关装置200的操作与图I的包括可调势垒的石墨烯开关装置100的操作相同(和/或实质上相同)，因此将不再重复对其的详细说明。在包括半导体基板210的石墨烯开关装置200中，在向前方向上的电压的极性根据半导体基板210的掺杂极性而确定。因此，石墨烯开关装置200可以起二极管的作用。在这一点上，由于能量势垒的大小被栅电压控制，所以石墨烯开关装置200的二极管特性可以被控制。在根据示例实施方式的具有可调势垒的石墨烯开关装置中，利用半导体势垒，能隙形成在电极与石墨烯电流路径之间。因此，石墨烯开关装置的沟道宽度不像在石墨烯纳米带中一样受到限制，因而可以减少(和/或防止)在石墨烯图案化工艺中的石墨烯缺陷。图6是根据示例实施方式的、包括可调势垒的石墨烯开关装置200’的示意性截面图。参考图6,石墨稀开关装直200’可以类似于以上参考图5描述的石墨稀开关装直200，除了第一电极251’、栅介电层260’和绝缘层220’的结构之外。在图6中，绝缘层220’的一部分位于第一电极251’和基板210之间。绝缘层220’ 的该部分定义一孔H。第一电极251’延伸穿过孔H以接触基板210。另外，栅介电层260’的与第一电极251’相邻的部分可以形成在绝缘层220’的与第一电极251’相邻的部分上。绝缘层220’、第一电极251’和栅介电层260’的材料可以分别与以上参考图5描述的绝缘层220、第一电极251和栅介电层260的材料相同。虽然已经具体显示和描述了一些示例实施方式，但是本领域的普通技术人员将理解，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以在其中作出形式和细节上的变化。本申请要求享有2011年8月26日提交到韩国知识产权局的韩国专利申请No. 10-2011-0085820的韩国专利申请的优先权，其公开通过整体引用结合于此。
权利要求
1.一种具有可调势垒的石墨烯开关装置，该石墨烯开关装置包括 棚基板； 在所述栅基板上的栅介电层； 在所述栅介电层上的石墨烯层； 半导体层和第一电极，顺序堆叠在所述石墨烯层的第一区上，所述半导体层掺杂有η型杂质和P型杂质的其中之一，以及所述半导体层面对所述栅基板，所述石墨烯层位于所述半导体层与所述栅基板之间；以及 第二电极，在所述石墨烯层上的第二区上，该第二区与所述石墨烯层的所述第一区分离。
2.如权利要求I所述的石墨烯开关装置，其中所述半导体层包括娃、锗、硅-锗、III-V族半导体和II-VI族半导体中的其中之一。
3.如权利要求I所述的石墨烯开关装置，其中所述石墨烯层与所述第一电极分离。
4.如权利要求I所述的石墨烯开关装置，其中所述半导体层的厚度是Inm至10nm。
5.如权利要求I所述的石墨烯开关装置，其中所述第一电极和所述第二电极包含金属和多晶硅的其中之一。
6.如权利要求I所述的石墨烯开关装置，其中所述石墨烯开关装置是单极晶体管，该单极晶体管的极性与所述半导体层的杂质类型相同。
7.如权利要求6所述的石墨烯开关装置，其中所述半导体层配置成在所述石墨烯层与所述第一电极之间形成能隙，该能隙根据施加到所述栅基板的栅电压改变。
8.如权利要求I所述的石墨烯开关装置，其中所述石墨烯层的至少一部分具有单层至四层石墨烯。
9.一种具有可调势垒的石墨烯开关装置，包括 半导体层，配置成在石墨烯层与第一电极之间形成能隙，所述第一电极位于所述半导体层的第一区上，所述石墨烯层位于所述半导体层上； 绝缘层，位于所述半导体层的第二区上，所述绝缘层与所述第一电极分离，所述石墨烯层位于所述第一电极与所述绝缘层之间，所述石墨烯层延伸到所述绝缘层上； 第二电极，在石墨烯层和所述半导体层的所述第二区上，所述第二电极面对所述绝缘层； 栅介电层，在所述石墨烯层上；以及 栅电极，在所述栅介电层上。
10.如权利要求9所述的石墨烯开关装置，其中所述半导体层包括硅、锗、硅-锗、III-V族半导体和II-VI族半导体中的其中之一。
11.如权利要求9所述的石墨烯开关装置，其中所述石墨烯层与所述第一电极分离。
12.如权利要求9所述的石墨烯开关装置，其中所述石墨烯层与所述第一电极之间的间隙是Inm到30nm。
13.如权利要求9所述的石墨烯开关装置，其中所述第一电极和所述第二电极包含金属和多晶娃的其中之一。
14.如权利要求9所述的石墨烯开关装置，其中所述石墨烯开关装置是单极晶体管，该单极晶体管具有与所述半导体层的杂质类型相同的极性。
15.如权利要求14所述的石墨烯开关装置，其中通过所述半导体层形成的能隙根据施加到所述栅电极的栅电压而改变。
16.如权利要求9所述的石墨烯开关装置，其中所述石墨烯层的至少一部分具有一层至四层石墨烯。
17.一种具有可调势垒的石墨烯开关装置，包括 石墨烯层，包括与第二表面相反的第一表面； 半导体层，包含η型杂质和P型杂质的其中之一，所述半导体层接触所述石墨烯层的所述第一表面的第一部分和所述石墨烯层的所述第二表面的第一部分的其中之一； 第一电极，接触所述半导体层，所述第一电极与所述石墨烯层分离； 第二电极，接触所述石墨烯层的所述第一表面的第二部分； 栅电极；以及 栅介电层，接触所述栅电极和所述石墨烯层，所述栅介电层位于所述栅电极与所述半导体层之间。
18.根据权利要求17所述的石墨烯开关装置，其中所述半导体层包括硅、锗、硅-锗、III-V族半导体以及II-VI族半导体中的其中之一。
19.根据权利要求17所述的石墨烯开关装置，其中所述第一电极和所述第二电极的至少之一包含金属和多晶硅的其中之一。
20.根据权利要求17所述的石墨烯开关装置，其中所述石墨烯层的至少一部分具有一至四层石墨烯的厚度。
21.根据权利要求17所述的石墨烯开关装置，其中所述石墨烯开关装置是单极晶体管，该单极晶体管的极性与所述半导体层的杂质类型相同。
22.根据权利要求21所述的石墨烯开关装置，其中 所述半导体层配置成在所述石墨烯层与所述第一电极之间形成能隙，以及所述能隙根据施加到所述栅电极的栅电压而改变。
23.根据权利要求17所述的石墨烯开关装置，其中 所述栅介电层在所述栅电极上， 所述石墨烯层在所述栅介电层上， 所述半导体层在所述石墨烯层上且接触所述石墨烯层的所述第一表面的所述第一部分， 所述第一电极在所述半导体层上，以及 所述第二电极与所述石墨烯层的所述第一表面上的所述半导体层间隔开。
24.根据权利要求23所述的石墨烯开关装置，其中所述半导体层的厚度是Inm至IOnm0
25.根据权利要求17所述的石墨烯开关装置，其中 所述半导体层接触所述石墨烯层的所述第二表面的所述第一部分， 所述石墨烯层在所述半导体层上， 所述第一电极在所述半导体层上， 所述栅介电层在所述石墨烯层上，以及 所述栅电极在所述栅介电层上。
26.根据权利要求25所述的石墨烯开关装置，其中Inm至30nm的间隙使所述第一电极与所述石墨烯层沿着所述半导体层的表面分离。
27.根据权利要求26所述的石墨烯开关装置，其中所述栅介电层填充分离所述第一电极与所述石墨烯层的所述间隙。
28.根据权利要求25所述的石墨烯开关装置，还包括 绝缘层，在所述石墨烯层的所述第二表面的第二部分与所述半导体层之间，其中 所述石墨烯层在所述绝缘层与所述第二电极之间延伸。
29.根据权利要求17所述的石墨烯开关装置，其中所述石墨烯层配置成用作在栅电压施加到所述栅电极时电子和空穴的其中之一流动通过所述石墨烯层流动的路径。
全文摘要
根据示例实施方式，一种石墨烯开关装置具有可调势垒。该石墨烯开关装置可包括栅基板；在栅基板上的栅介电层；在栅介电层上的石墨烯层；半导体层和第一电极，顺序堆叠在石墨烯层的第一区上；第二电极，在石墨烯层的第二区上。半导体层可用n型杂质和p型杂质的其中之一掺杂。半导体层可以面对栅基板，石墨烯层位于半导体层与栅基板之间。石墨烯层的第二区可以与石墨烯层的第一区分离。
文档编号H01L29/43GK102956694SQ20121030541
公开日2013年3月6日 申请日期2012年8月24日 优先权日2011年8月26日
发明者许镇盛, 郑现钟, 宋俔在, 朴晟准, D.塞奥, 梁喜准 申请人:三星电子株式会社