電子隧穿裝置和相關(guān)聯(lián)的方法
【專利摘要】一種裝置包括由電絕緣材料層(306)分隔開來的第一導(dǎo)電材料層和第二導(dǎo)電材料層(304，307)，其中一個或兩個導(dǎo)電材料層(304，307)包括石墨烯，并且其中該裝置被配置為使得電子能夠從第一導(dǎo)電材料層(304)通過電絕緣材料層(306)隧穿至第二導(dǎo)電材料層(307)。
【專利說明】電子隧穿裝置和相關(guān)聯(lián)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及金屬-絕緣體-金屬(MIM) 二極管、相關(guān)聯(lián)的方法和裝置的領(lǐng)域，尤其涉及可以在光電檢測器和硅整流二極管天線中使用的基于石墨烯的MIM 二極管。某些所公開的示例方面/實施例涉及便攜式電子設(shè)備，尤其是可以在使用時進(jìn)行手持的所謂的手持電子設(shè)備(雖然它們在使用時可以置于支架中)。這樣的手持電子設(shè)備包括所謂的個人數(shù)字助理(PDA)。
[0002]根據(jù)一個或多個所公開的示例方面/實施例的便攜式電子設(shè)備/裝置可以提供一種或多種音頻/文本/視頻通信功能(例如，電話通信、視頻通信和/或文本傳輸、短消息服務(wù)(SMS)/多媒體消息服務(wù)(MMS)/電子郵件功能、交互式/非交互式觀看服務(wù)(例如，web瀏覽、導(dǎo)航、電視/節(jié)目觀看功能)、音樂錄制/播放功能(例如，MP3或其它格式和/或(FM/AM)無線電廣播錄制/播放)、數(shù)據(jù)下載/發(fā)送功能、圖像捕捉功能(例如，使用(例如，內(nèi)置式)數(shù)碼相機(jī))和游戲功能)。
【背景技術(shù)】
[0003]之前已經(jīng)使用晶體金屬薄膜的熱或等離子氧化制造出了 MM 二極管。然而，以這種方式制造的二極管表現(xiàn)出很差的產(chǎn)量和性能。在很大程度上，這些問題可以歸因于金屬表面的粗糙度，該金屬表面經(jīng)常大于絕緣體的厚度。金屬的粗糙度導(dǎo)致了貫穿器件的不統(tǒng)一的電場，這使得難以對電子隧穿進(jìn)行控制。
[0004]近來，已經(jīng)提出了使用非晶體金屬層來降低MM器件中的表面粗糙度。然而，所提出的金屬是由四種金屬所構(gòu)成的合金(ZrCuAINi)，這增加了制造的復(fù)雜度和成本。此外，這樣的合金由于金屬是不透明的且相對易碎的而并不適合在柔性且透明的電子器件中使用。
[0005]這里所公開的裝置可以解決該問題。
[0006]該說明書中對于之前所公開的文檔或任意【背景技術(shù)】的列舉或討論并不應(yīng)當(dāng)被必然地認(rèn)為認(rèn)可該文檔或【背景技術(shù)】構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)的一部分或者是公知常識。本公開的一個或多個方面/實施例可以解決【背景技術(shù)】的一個或多個問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]根據(jù)第一方面，提供了一種裝置，包括由電絕緣材料層分隔開來的第一導(dǎo)電材料層和第二導(dǎo)電材料層，其中一個或兩個導(dǎo)電材料層包括石墨烯，并且其中該裝置被配置為使得電子能夠從第一導(dǎo)電材料層通過電絕緣材料層隧穿至第二導(dǎo)電材料層。
[0008]該裝置可以被配置為通過對第一導(dǎo)電材料層和第二導(dǎo)電材料層施加電壓差和/或在第一導(dǎo)電材料層和第二導(dǎo)電材料層之間提供功函數(shù)差而使得電子無法從第二導(dǎo)電材料層通過電絕緣材料層隧穿至第一導(dǎo)電材料層。
[0009]第一導(dǎo)電材料層和第二導(dǎo)電材料層可以僅由石墨烯所制成。第一導(dǎo)電材料層可以包括石墨烯，而第二導(dǎo)電材料層可以包括Cr、Au、Al、N1、Cu、Pt、W以及銦錫氧化物中的一種或多種，或者包括上述的一種或多種的合金。第二導(dǎo)電材料層可以包括一個或多個納米柱體。
[0010]電絕緣材料層可以包括Al203、Hf02、BN和類金剛石碳(diamond-like carbon)。該層電絕緣材料可以具有不大于15nm的厚度，可能為5-10nm，其可以僅在使用強(qiáng)烈偏移的情況下延伸至5-10nm。氧化物的厚度可以被認(rèn)為對于適當(dāng)隧穿是關(guān)鍵的。其不能過厚但是也不能過薄，否則將發(fā)生不同類型的全障礙(full-barrier)隧穿(不依賴于偏置)。
[0011]第一導(dǎo)電材料層、第二導(dǎo)電材料層和電絕緣材料層中的一個或多個可以是光學(xué)透明的。表達(dá)形式“光學(xué)透明”可以被認(rèn)為是意味著針對一種或多種不同類型的電磁輻射(例如，UV、IR、可見光、微波、無線電或X光)是透明的而并非僅針對可見光是透明的。
[0012]該裝置可以形成于支撐襯底上。該支撐襯底可以是電絕緣的。該支撐襯底可以是光學(xué)透明的。該支撐襯底可以包括玻璃或氧化硅。
[0013]該裝置可以在最上層的導(dǎo)電材料(即，取決于用來形成該裝置的構(gòu)造處理的第一導(dǎo)電材料層或第二導(dǎo)電材料層)的頂部包括鈍化層。
[0014]該裝置可以包括電壓源。該電壓源可以被配置為在導(dǎo)電材料層之間施加電位差而促成電子從第一導(dǎo)電材料層通過該電絕緣材料層而隧穿至第二導(dǎo)電材料層，并且阻止電子從第二導(dǎo)電材料層通過該電絕緣材料層而隧穿至第一導(dǎo)電材料層。該電壓源可以被配置為向第一導(dǎo)電材料層施加負(fù)電位和/或向第二導(dǎo)電材料層施加正電位。
[0015]電子可以是在第一導(dǎo)電材料層被電磁輻射(例如，UV、IR、可見光、微波、無線電或X光)照射時所生成的熱電子。該裝置可以包括電磁輻射源，其被配置為利用電磁輻射照射第一導(dǎo)電材料層以便生成熱電子。
[0016]該裝置可以包括天線。該天線可以被配置為在該天線被電磁輻射(例如，UV、IR、可見光、微波、無線電或X光)所照射時允許電子進(jìn)行流動。該裝置可以被配置為使得電子能夠從第一導(dǎo)電材料層通過該電絕緣材料層而隧穿至第二導(dǎo)電材料層。該裝置可以被配置為使得電子無法從第二導(dǎo)電材料層通過該電絕緣材料層而隧穿至第一導(dǎo)電材料層。該裝置可以包括電磁輻射源，其被配置為利用電磁輻射照射該天線以便生成電子流動。
[0017]該裝置可以包括電流計，其被配置為測量隧穿的電子所形成的電流。
[0018]該裝置可以為二極管。該裝置可以形成光電檢測器或硅整流二極管天線的部分。
[0019]根據(jù)另外的方面，提供了一種包括這里所描述的任意裝置的設(shè)備。該設(shè)備可以是以下之一:電子設(shè)備、便攜式電子設(shè)備、便攜式電信設(shè)備，以及用于任意以上所提到的設(shè)備的模塊。該裝置可以被認(rèn)為是設(shè)備或用于設(shè)備的模塊。
[0020]根據(jù)另外的方面，提供了一種裝置，其包括由用于電絕緣的器件分隔開來的用于電傳導(dǎo)的第一和第二器件，其中一個或兩個用于電傳導(dǎo)的器件包括石墨烯，并且其中該裝置被配置為使得電子能夠從用于電傳導(dǎo)的第一器件通過用于電絕緣的器件而隧穿至用于電傳導(dǎo)的第二器件。
[0021]根據(jù)另外的方面，提供了一種方法，包括:由第一導(dǎo)電材料層、第二導(dǎo)電材料層和電絕緣材料層形成裝置以提供一種裝置，該裝置包括由電絕緣材料層分隔開來的第一導(dǎo)電材料層和第二導(dǎo)電材料層，其中一個或兩個導(dǎo)電材料層包括石墨烯，并且其中該裝置被配置為使得電子能夠從第一導(dǎo)電材料層通過電絕緣材料層隧穿至第二導(dǎo)電材料層。
[0022]該裝置的形成可以包括:將第一導(dǎo)電材料層沉積在支撐襯底的頂部；將電絕緣材料層沉積在第一導(dǎo)電材料層的頂部；并且將第二導(dǎo)電材料層沉積在電絕緣材料層的頂部。[0023]該裝置的形成可以包括:將第一導(dǎo)電材料層沉積在第一支撐襯底的頂部；將電絕緣材料層沉積在第一導(dǎo)電材料層的頂部；將第二導(dǎo)電材料層沉積在第二支撐襯底的頂部；將第一支撐襯底置于第二支撐襯底的頂部而使得第一導(dǎo)電材料層通過電絕緣材料層而與第二導(dǎo)電材料層分隔開來；并且去除第一支撐襯底。
[0024]該裝置的形成可以包括:將第一導(dǎo)電材料層沉積在第一支撐襯底的頂部；將電絕緣材料層沉積在第一導(dǎo)電材料層的頂部；將第二導(dǎo)電材料層沉積在第二支撐襯底的頂部；將第二支撐襯底置于第一支撐襯底的頂部而使得第一導(dǎo)電材料層通過電絕緣材料層而與第二導(dǎo)電材料層分隔開來；并且去除第二支撐襯底。
[0025]根據(jù)另外的方面，提供了一種方法，包括:將電流的流動控制為裝置中的第一方向，該裝置包括由電絕緣材料層分隔開來的第一導(dǎo)電材料層和第二導(dǎo)電材料層，其中一個或兩個導(dǎo)電材料層包括石墨烯，并且其中該裝置被配置為使得電子能夠從第一導(dǎo)電材料層通過電絕緣材料層隧穿至第二導(dǎo)電材料層，電流的流動通過對第一導(dǎo)電材料層和第二導(dǎo)電材料層提供電壓差和/或在第一導(dǎo)電材料層和第二導(dǎo)電材料層之間提供功函數(shù)差而進(jìn)行控制。
[0026]除非明確指出或者被本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解，否則這里所公開的任意方法的步驟并非必須以所公開的確切順序來執(zhí)行。
[0027]根據(jù)另外的方面，提供了一種記錄于載體上的計算機(jī)程序，該計算機(jī)程序包括被配置為當(dāng)在處理器上運行時執(zhí)行這里所描述的任意方法的代碼。
[0028]該處理器可以是微處理器，包括應(yīng)用特定集成電路(ASIC)。
[0029]本公開包括一個或多個單獨或者為各種組合形式的相對應(yīng)的方面、示例實施例或特征，而無論其是否特別地以該組合或者單獨地被提到(包括被要求保護(hù))。用于執(zhí)行一個或多個所討論功能的相對應(yīng)器件也處于本公開之內(nèi)。
[0030]用于執(zhí)行所公開的一個或多個方法的相對應(yīng)的計算機(jī)程序也處于本公開之內(nèi)并且被一個或多個所描述的示例實施例所包含。
[0031]以上
【發(fā)明內(nèi)容】
意在僅是示例性和非限制性的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]現(xiàn)在參考附圖僅通過示例給出描述，其中:
[0033]圖1a示出了并未被施加以電位的常規(guī)MM 二極管；
[0034]圖1b示出了圖1a的MM 二極管的能帶圖；
[0035]圖2a示出了被施加以電位的常規(guī)MM 二極管；
[0036]圖2b示出了圖2a的MM 二極管的能帶圖；
[0037]圖3a示出了制造本裝置的第一方法；
[0038]圖3b示出了制造本裝置的第二方法；
[0039]圖3c示出了制造本裝置的第三方法；
[0040]圖4示出了包括本裝置的硅整流二極管天線；
[0041]圖5示出了包括本裝置的光電檢測器；
[0042]圖6a示出了金屬內(nèi)由光子所引起的電子躍遷；
[0043]圖6b示出了石墨烯內(nèi)由光子所引起的電子躍遷；[0044]圖7示出了隧穿電流如何隨施加于本裝置的電壓進(jìn)行變化；
[0045]圖8示出了包括本裝置的設(shè)備以及本裝置在其被認(rèn)為是特定設(shè)備時的一種形式；
[0046]圖9示出了制作本裝置的方法；
[0047]圖10示出了使用本裝置的方法；和
[0048]圖11示出了包括用于控制本裝置的制作和/或使用的計算機(jī)程序的計算機(jī)可讀介質(zhì)。
【具體實施方式】
[0049]二極管是允許電力在一個方向流動但是并不以相反方向流動的電路元件。它們在大多數(shù)電子設(shè)備中都有所使用，但是如隨后將會詳細(xì)描述的，在硅整流二極管天線和光電檢測器中起到關(guān)鍵作用。當(dāng)前大部分二極管由硅制成，其相對廉價并且易于在制造中使用。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)基于硅的二極管在操作速度和功耗方面對于現(xiàn)代設(shè)備的性能有所限制。
[0050]金屬-絕緣體-金屬(MIM) 二極管可以提供針對該問題的解決方案。不同于其中電流流動涉及跨p-n或Schottky結(jié)的電子和空穴的移動的基于娃的二極管，電子隧穿是MM 二極管中的主要傳輸機(jī)制。MM 二極管包括被超薄(<15nm)的絕緣材料層103分隔開來的兩個纖薄金屬電極101、102(通常具有不同的功函數(shù))。當(dāng)一個金屬101中的電子具有充足能量時(例如，通過跨金屬層101、102應(yīng)用電位差或者利用電磁輻射對金屬之一 101進(jìn)行照射時)，它們能夠經(jīng)由量子機(jī)械隧穿機(jī)制而跨過絕緣屏障103到達(dá)其它金屬102，導(dǎo)致電流流動。由于與電子和空穴能夠通過半導(dǎo)體行進(jìn)相比，電子能夠明顯更快地通過絕緣體103進(jìn)行隧穿，所以MM二極管具有明顯比基于半導(dǎo)體的二極管更快地進(jìn)行操作的潛力。
[0051]圖1a示出了沒有所施加電壓的MIM 二極管，而圖1b示出了相關(guān)聯(lián)的能帶圖。能帶圖的形狀由以下數(shù)量所確定:金屬I的功函數(shù)(O1)、金屬2的功函數(shù)(φ2)、絕緣體的電子親和性、絕緣體的帶隙，以及化合價和導(dǎo)通帶偏移量。在該示例中，金屬I的費米能級(Efi)與金屬2的費米能級(Ef2)相同。在沒有所施加電壓的情況下，金屬I (或金屬2)中的電子必須通過絕緣體的整個厚度進(jìn)行隧穿以便到達(dá)金屬2 (或金屬I)。結(jié)果是，隧穿概率很小。
[0052]然而，當(dāng)施加電位差(V)時(圖2a)，能帶圖發(fā)生變化(圖2b)。在該示例中，負(fù)電位被施加于金屬I而正電位被施加于金屬2。這導(dǎo)致金屬I的費米能級增大而金屬2的費米能級減小而使得Ef1-Ef2 = V。由于Efi現(xiàn)在大于金屬2處的屏障高度,所以絕緣體的厚度在金屬I的該費米能級有所減小。這提高了電子從金屬I隧穿至金屬2并因此以隧穿電流的概率。除了電子從金屬2隧穿至金屬I之外，在向金屬I施加正電位并且向金屬2施加負(fù)電位的情況下出現(xiàn)相對應(yīng)的情形。
[0053]隧穿的概率因此是所施加電位的函數(shù)。如果電位差有所增大，則該費米能級的絕緣體厚度減小而隧穿電流有所增大。應(yīng)用電位差還具有阻止電子以相反方向流動(即，在圖2b中從金屬2到金屬I)的效果，這在器件要有效地用作電路二極管的情況下是非常重要的。
[0054]如【背景技術(shù)】部分中所提到的，晶體金屬薄膜的表面粗糙度迄今為止已經(jīng)導(dǎo)致了表現(xiàn)出不可靠的隧穿表現(xiàn)的MIM 二極管。而使用非晶體金屬薄膜已經(jīng)顯示出對MIM 二極管的表現(xiàn)有所改善，這些薄膜增加了制造的成本和復(fù)雜度，并且不適合在柔性和透明電子器件中使用?，F(xiàn)在將對可以針對該問題提供解決方案的裝置和相關(guān)聯(lián)方法進(jìn)行描述。[0055]該裝置包括MIM 二極管，其中一個或兩個金屬層被石墨烯所替代(或至少包括石墨烯)。該層可以僅由石墨烯所形成，或者可以包括墨烯以及一種或多種其它材料。在后者的情況下，石墨烯可以被摻雜以一種或多種其它材料；該層的一些區(qū)域可以由石墨烯所形成，而該層的其它區(qū)域則由一種或多種其它材料形成；或者該層可以包括多個子層，其中石墨烯形成至少一個子層而一種或多種其它材料則形成至少一個其它子層。
[0056]由于石墨烯是超平滑的，所以可能將絕緣層沉積在具有低表面粗糙度的石墨烯的頂部。此外，石墨烯相對于文獻(xiàn)中所建議的復(fù)雜的非晶體金屬合金明顯更為簡單和廉價，并且還允許實現(xiàn)柔性和透明的MM 二極管。
[0057]該裝置可以根據(jù)石墨烯是用作頂部電極、底板電極還是兩種電極而通過多種不同方式來制造。
[0058]圖3a示出了用于制作基于石墨烯的MM 二極管的處理，其中石墨烯形成底部電極。首先，在將纖薄絕緣層306 (2-15nm厚)沉積到石墨烯304的頂部之前，(通過微機(jī)械剝離、SiC的熱處理或者通過CVD生長所生產(chǎn)的)石墨烯層304被沉積(例如，從另一襯底機(jī)械轉(zhuǎn)移)到絕緣襯底305 (例如，玻璃或氧化硅晶片)上。絕緣體306例如可以是A1203、Hf02、BN和類金剛石碳，并且可以使用原子層沉積(ALD)直接在石墨烯304的頂部生長，或者從另一個襯底進(jìn)行機(jī)械轉(zhuǎn)移。頂部電極307(包括Cr、Au、Al、N1、Cu、Pt、W以及銦錫氧化物中的一種或多種，或者包括上述的一種或多種的合金)隨后被沉積(例如，通過熱蒸發(fā)、濺射涂覆或CVD)到絕緣體306上。諸如氧化物層的鈍化層308可以被沉積(例如，通過CVD)在頂部電極307上以防止與環(huán)境的有害反應(yīng)(雖然這并非是絕對必要的)。
[0059]圖3b示出了用于制作基于石墨烯的MM 二極管的處理，其中石墨烯形成頂部電極。作為開始，將底部電極309沉積(例如，通過熱蒸發(fā)、濺射涂覆或CVD)到絕緣體305 (例如，玻璃或氧化硅晶片)上。重要的是，用來形成底部電極309的金屬要不易于在空氣中發(fā)生氧化，否則結(jié)的可靠性可能有所減弱。為了滿足這該要求，底部電極309例如可以包括Au,Ni,Pt和W中的一種或多種或者允許包括其中的一種或多種。石墨烯層304隨后被沉積(例如，從另一襯底機(jī)械轉(zhuǎn)移)到犧牲襯底310上，隨后是絕緣體層306 (例如，Al2O3、HfO2、BN和類金剛石碳)在石墨烯304的頂部(例如，通過ALD或者通過從另一襯底機(jī)械轉(zhuǎn)移)。為了形成MIM 二極管，石墨烯/絕緣體/襯底結(jié)構(gòu)311隨后面朝下地被轉(zhuǎn)移到底部電極309上并且去除犧牲層310 (例如，通過蝕刻)。諸如氧化物層的鈍化層308可以被沉積(例如，通過CVD)在石墨烯304上以防止與環(huán)境的有害反應(yīng)(雖然這并非是絕對必要的)。
[0060]圖3c示出了用于制作基于石墨烯的MM 二極管的處理，其中石墨烯形成頂部和底部電極。在將絕緣體306 (例如，A1203、HfO2, BN和類金剛石碳)沉積在石墨烯304頂部上(例如，通過ALD或者通過從另一襯底機(jī)械轉(zhuǎn)移)之前，石墨烯層304首先被沉積(例如，從另一襯底機(jī)械轉(zhuǎn)移)到絕緣襯底305 (例如，玻璃或氧化硅晶片)上。另一石墨烯層312隨后被沉積(例如，從另一襯底機(jī)械轉(zhuǎn)移)到犧牲襯底310上。為了形成MIM 二極管，石墨烯/襯底結(jié)構(gòu)313隨后被面朝下轉(zhuǎn)移到絕緣體306上并且去除犧牲層310 (例如，通過蝕刻)。同樣，諸如氧化物層的鈍化層308可以被沉積(例如，通過CVD)在石墨烯312上以防止與環(huán)境的有害反應(yīng)(雖然這并非是絕對必要的)。
[0061]應(yīng)當(dāng)注意的是，用來形成基于石墨烯的MIM 二極管的一種或多種材料可以作為連續(xù)或帶圖案的(例如，使用光束或電子束平板印刷術(shù)結(jié)合玻璃或蝕刻所形成)薄膜進(jìn)行沉積。當(dāng)沉積連續(xù)薄膜時，MM 二極管通常將覆蓋絕緣襯底305的整個上表面。然而，當(dāng)沉積帶圖案薄膜時，MIM 二極管可以僅覆蓋絕緣襯底305的上表面的一部分。
[0062]此外，由于絕緣體306在以上所描述的每一種處理中都被沉積到石墨烯電極304上，所以絕緣體306的粗糙度(并且因此的器件性能)并不受到其它電極307、309、312的粗糙度的影響。結(jié)果，其它電極307、309、312可以包括一個或多個納米柱體(由于絕緣體厚度在每個納米柱體處將是恒定的)。然而，這種配置會減小器件的有效表面積，原因在于電子隧穿將僅會在納米柱體區(qū)域發(fā)生。
[0063]這里所描述的基于石墨烯的MM 二極管可以在硅整流二極管天線或光電檢測器中使用。硅整流二極管天線(整流天線的簡稱)包括如圖4所示進(jìn)行連接的天線414和二極管415。當(dāng)電磁輻射416(例如，UV、IR、可見光、微波、無線電或X光)入射在天線414上時，振蕩的電場利用以與電磁福射416相同頻率前后移動的電子而在天線414中引發(fā)交變電流(AC)。該硅整流二極管天線的二極管隨后將該交變電流轉(zhuǎn)換為將用來對外部負(fù)載417進(jìn)行供電的直流(DC)。
[0064]天線414的諧振頻率(即，導(dǎo)致最低阻抗并因此導(dǎo)致最高效率的頻率)隨天線414的物理尺寸而線性縮放。為了硅整流二極管天線隨可見光(具有?380-740nm的波長以及?405-790THz的頻率)使用，天線414的長度必須處于IOOnm的量級(即，納米天線)。然而，一種隨縮小出現(xiàn)的復(fù)雜情況是，在大規(guī)模硅整流二極管天線中使用的二極管415無法在沒有大幅功率損失的情況下以THz的頻率進(jìn)行操作。大幅功率損失是p-n和Schottky結(jié)二極管中所出現(xiàn)的寄生電容的結(jié)果，這是由于勢壘區(qū)在偏置每次反轉(zhuǎn)時的電荷重新分布所導(dǎo)致的。與之相比，MM 二極管并不被寄生電容所影響，這是因為在偏置變化時絕緣屏障內(nèi)并沒有電荷重新分布。此外，與電子和空穴能夠通過半導(dǎo)體行進(jìn)相比，電子能夠明顯更快地通過絕緣體進(jìn)行隧穿?；谑┑腗M 二極管(例如使用圖3a-3c所示的方法所制作)因此可以在被配置為將可見光轉(zhuǎn)換為直流的納米天線中使用。
[0065]另一方面，光電檢測器是用來將電磁福射(例如，UV、IR、可見光、微波、無線電或X光)的光子轉(zhuǎn)換為電(根據(jù)操作模式為電流或電壓)的器件。現(xiàn)有光電檢測器包括P-n和Schottky結(jié)。當(dāng)充分能量的光子撞擊檢測器時，其對電子進(jìn)行激勵由此產(chǎn)生自由(熱)電子以及正向充電的電子空穴。如果光子在結(jié)的勢壘區(qū)(或者遠(yuǎn)離勢壘區(qū)的一個擴(kuò)散長度處)被吸收，則電子和空穴由于勢壘區(qū)的固有電場而從結(jié)掃過(空穴朝向陽極移動而電子朝向陰極移動)，這導(dǎo)致了光電流。
[0066]MM二極管提供了多種優(yōu)于光電檢測器中所使用的p-n和Schottky結(jié)二極管的優(yōu)勢。首先，絕緣屏障有助于減少暗電流的流動。暗電流是在沒有光子的情況下通過器件進(jìn)行流動的相對小的電流。其在電子和空穴由于晶體缺陷和熱能量而隨機(jī)生成時產(chǎn)生，并且是光電檢測器信號中的噪聲的主要來源之一。由于絕緣體為電子提供了在電流能夠進(jìn)行流動之前必須要克服的能量屏障，所以僅具有大于隧穿閾值的能量的電子能夠生成電流。這意味著電流通常僅在跨器件施加以電位差或者器件被電磁輻射所照射時才會流動，這是因為晶體缺陷和熱能量所生成的電子通常將具有低于隧穿閾值的能量。
[0067]其次，由于與電子和空穴能夠通過半導(dǎo)體行進(jìn)相比，電子能夠明顯更快地通過絕緣體進(jìn)行隧穿，所以基于MIM的二極管具有比基于p-n和Schottky的二極管更快的響應(yīng)時間(即，產(chǎn)生光電流所需的時間較小)。[0068]然而，當(dāng)MM二極管被用于光電檢測時，光電流將僅在以下情況下生成(i)熱電子具有足夠能量通過絕緣屏障隧穿，和(ii)熱電子在屏障附近生成。標(biāo)準(zhǔn)(ii)是由于電子的平均自由路徑。熱電子在金屬中的平均自由路徑處于IOnm的量級，這意味著僅有在IOnm的隧道屏障內(nèi)生成的電子才能夠跨過屏障到達(dá)其它電極。該標(biāo)準(zhǔn)對現(xiàn)有MM光電檢測器中的金屬層的厚度提出了上限。使用比IOnm更厚的金屬層妨礙了障礙附近的電子的吸收。然而，并不期望有IOnm的限制，這是因為纖薄的金屬層趨于表現(xiàn)出比較厚的層更大的表面粗糙度，并且如之前所討論的，增加的表面粗糙度對MM 二極管的隧穿表現(xiàn)具有不利影響。
[0069]這里所描述的基于石墨烯的MM 二極管可以提供多種額外優(yōu)于且高于現(xiàn)有MM 二極管所提供的那些優(yōu)勢。例如，石墨烯表現(xiàn)出比當(dāng)前在p-n、Schottky和MIM 二極管中所使用的電極材料更大的電子移動性。該特征有助于防止電子在穿過結(jié)之前與入射輻射所產(chǎn)生的空穴重新結(jié)合，由此提高了器件的效率。
[0070]此外，石墨烯是光學(xué)透明的。該特征允許在形成二極管的電極時使用較厚的石墨烯層(而并不妨礙在電子顯示器中的使用)，這提高了光電發(fā)射的概率。此外，由于石墨烯中的電子的平均自由路徑為?65 μ m,所以可以在距絕緣障礙達(dá)65 μ m處生產(chǎn)電子并且仍然能夠穿過障礙到達(dá)其它電極。如以上所提到的，增加電極的厚度可以有助于降低絕緣層的粗糙度，這導(dǎo)致了更好的隧穿表現(xiàn)和更為可靠的器件。
[0071]而且，光電檢測器的光譜帶寬通常被電子材料的吸收所限制。例如，基于IV和II1-V群組的半導(dǎo)體的光電檢測器受到“長波長限制”的影響并且在入射能量小于帶隙時變得光學(xué)透明。與之相比，由于石墨烯并不具有帶隙，其因此能夠吸收任意波長的光子。該特征允許基于石墨烯的MIM 二極管被用于檢測所有類型的電磁輻射。
[0072]光電檢測器可以在具有(光導(dǎo)模式)或沒有(光電伏打模式)所應(yīng)用電位的情況下進(jìn)行操作。所施加的電位提供了優(yōu)于光電伏打模式的一些優(yōu)勢。例如，所施加的電位允許電流在一個方向流動而阻止電流以相反方向流動。這使得器件是單向的。
[0073]此外，不同于p-n和Schottky結(jié)二極管，MM 二極管并不具有固有電場。因此，在沒有所施加電壓的情況下，僅具有指向MIM 二極管的屏障的動量的熱電子將有機(jī)會進(jìn)行隧穿。這就是為何“熱電子MIM光電伏打”被認(rèn)為是高度無效的并且與其它技術(shù)和解決方案相比不適用于能量收集。另一方面，如果跨MIM 二極管施加以電位差，則所產(chǎn)生的電場將電子從屏障一側(cè)驅(qū)動至另一側(cè)。這使得光導(dǎo)模式明顯比光電伏打模式更為有效。
[0074]如果MIM 二極管在隧穿閾值進(jìn)行偏置，則將僅在光子提供克服該閾值所需的附加能量時才會發(fā)生隧穿。光子所提供的能量的數(shù)量取決于光子的波長，從而針對不同波長需要不同偏置。然而，無論光子的波長如何，施加電壓都會減小電子的隧穿閾值。以這種方式，在施加足夠電壓的情況下即使較低能量的光子也能夠生成隧穿電流。因此，光電伏打模式增加了能夠檢測的電磁輻射的波長。
[0075]對于要作為光電檢測器進(jìn)行操作的基于石墨烯的MM 二極管而言，一個石墨烯層能夠吸收沖擊在器件上的電磁輻射是有利的。該標(biāo)準(zhǔn)可以在以下情況下得以滿足:使用圖3b或圖3c的配置，并且電磁輻射從上方入射到器件上；使用圖3a的配置，電磁輻射從上方入射到器件上，并且上部電極和絕緣體對于輻射是透明的；或者使用圖3a或3c的配置，電磁輻射從下方入射到器件上，并且襯底對于輻射是透明的。
[0076]圖5示出了被配置為在光電檢測器中使用的圖3b的基于石墨烯的MM二極管(沒有鈍化層)。使用可變電壓源519而將偏置施加于二極管518 (以使得負(fù)電位被施加于石墨烯電極504和/或正電位被施加于其它電極509)，并且電路中的電流由電流計520進(jìn)行測量。石墨烯層504隨后被暴露于包括多種波長的電磁輻射516(該示例中為白色光)。使用可變電壓源519允許針對光線的特定波長設(shè)置偏置。以這種方式，僅處于且低于該波長的光子能夠引發(fā)隧穿電流(因為這些電子具有克服屏障閾值的充分能量)。
[0077]圖6a示出了金屬電極內(nèi)由光子所引起的電子躍遷，而圖6b則示出了石墨烯電極內(nèi)由光子所引起的電子躍遷。對于金屬而言，具有能量在范圍EF-EPh〈E〈EF中的電子可以具有相等概率的被入射光線所激勵，其中Ef是金屬的費米能級而Eph是光子能量。這意味著，即使對于單色光而言，也存在熱電子能量的廣泛分布并且因此存在隧穿概率的廣泛分布。
[0078]此外，當(dāng)入射光并非為單色時，不同波長的光子能夠生成等同能量的熱電子。例如如圖6a所示，藍(lán)色光可以將電子I (621)的能量WEf-Eb增大至Ef(其中Eb是藍(lán)色光子的能量)，并且還可以將電子2 (622)的能量從Ef-Ek增大至EF+EK(其中Ek是紅色光子的能量)。此外，紅色光可以將電子3(623)的能量從Ef-Ek增大至Ef，并且還將電子4(624)的能量從Ef增大至Ef+Ek。因此，在該示例中，熱電子1(621)和3(623)具有相同的能量并且是無法區(qū)分的。同樣，熱電子2(622)和4(624)具有相同的能量并且也是無法區(qū)分的。結(jié)果，不可能確定所檢測到的光電流是由紅色光還是藍(lán)色光所生成的。
[0079]然而，當(dāng)MM 二極管包括石墨烯電極時可能進(jìn)行光譜分析。由于石墨烯的唯一帶結(jié)構(gòu)，光子吸收僅可能通過保存動量的良好定義的躍遷而進(jìn)行。作為結(jié)果，僅具有能量EF_EPh/2的電子能夠生成熱電子。例如，如圖6b所示，藍(lán)色光可以將電子1(621)的能量從Ef-Eb/2增大至Ef+Eb/2。同樣，紅色光可以將電子2 (622)的能量從EF_EK/2增大至EF+EK/2。由于熱電子1(621)和2(622)的能量不同，并且由于不可能有其它電子躍遷具有光線的這些波長，所以可能推導(dǎo)出用來生成所檢測的光電流的光線的波長。
[0080]能夠通過在恒定照射下掃過偏置V并且繪制出相對應(yīng)的I (V)而提取出光譜信息。圖7示出了基于石墨烯的光電檢測器的理想I (V)。當(dāng)電壓被設(shè)置為V1 (其中V1O2O3)時，僅有藍(lán)色光子具有足夠能量來克服屏障閾值。因此能夠在V1看到與藍(lán)色光相關(guān)聯(lián)的第一峰值725。當(dāng)電壓增大至V2時，藍(lán)色和紅色光子具有足夠能量來克服屏障閾值。因此能夠在V2看到與紅色光相關(guān)聯(lián)的第二峰值726。當(dāng)電壓進(jìn)一步增大至V3時，電位很高而使得甚至不需要入射光子來生成光電流(即，該電位單獨就足以克服隧穿閾值)。因此能夠在％看到與所施加電位相關(guān)聯(lián)的第三峰值727。
[0081]此外，峰值的大小與入射輻射的強(qiáng)度成比例。因此，可能基于所檢測的電流來確定每個波長的相對強(qiáng)度。例如，如果在(藍(lán)色光子所產(chǎn)生的W1生成IOOmA的電流，并且在(藍(lán)色和紅色光子所產(chǎn)生的)V2生成150mA的電流，則能夠推導(dǎo)出入射輻射包括藍(lán)色光子的一半數(shù)量的紅色光子(因為電壓在WV1增大至V2時電流增大50%)。然而，應(yīng)當(dāng)注意的是，該示例是簡化的而并沒有考慮白色光中所出現(xiàn)的其它波長。
[0082]圖8示意性圖示了包括這里所描述的裝置(基于石墨烯的MM 二極管)829的設(shè)備828 (以及該裝置在其被認(rèn)為是特定設(shè)備828時的一種形式)。設(shè)備828還包括處理器830、存儲介質(zhì)831、照明源832、可變電壓源833、電流計834和天線835，它們通過數(shù)據(jù)總線836互相連接。設(shè)備/裝置828可以是電子設(shè)備、便攜式電子設(shè)備、便攜式通信設(shè)備或者任意上述設(shè)備的模塊。[0083]基于石墨烯的MM二極管829被配置為允許電子從一個電極穿過絕緣屏障流動到另一個電極?；谑┑腗M 二極管829還可以被配置為防止電子以相反方向流動。
[0084]處理器830被配置為通過向其它設(shè)備組件提供信令并且從其接收信令以對它們的操作進(jìn)行管理而用于設(shè)備828的總體操作。
[0085]存儲介質(zhì)831被配置為存儲計算機(jī)代碼，該計算機(jī)代碼被配置為執(zhí)行、控制或使能基于石墨烯的MM 二極管829的操作。存儲介質(zhì)831還可以被配置為存儲其它設(shè)備組件的設(shè)置。處理器830可以訪問存儲介質(zhì)831以獲取組件設(shè)置，以便對其它設(shè)備組件的操作進(jìn)行管理。特別地，存儲介質(zhì)831可以被配置為與入射輻射的每種波長相關(guān)聯(lián)的偏置電壓。存儲介質(zhì)831可以是諸如易失性隨機(jī)訪問存儲器的臨時存儲介質(zhì)。另一方面，存儲介質(zhì)831可以是諸如硬盤驅(qū)動器、閃存或非易失性隨機(jī)訪問存儲器之類的持久性存儲介質(zhì)。
[0086]照明源832被配置為產(chǎn)生可以被用來照射基于石墨烯的MM 二極管829并且生成熱電子的電磁輻射。照明源832可以被配置為生成UV、IR、可見光、微波、無線電和X光中的一種或多種。
[0087]可變電壓源833被配置為跨電極施加電位差以便偏置基于石墨烯的MM 二極管829，并且電流計834被配置為對電子(例如，熱電子)通過基于石墨烯的MM 二極管829的絕緣屏障進(jìn)行隧穿時所產(chǎn)生的電流進(jìn)行測量。
[0088]天線835被配置為將電磁輻射轉(zhuǎn)換為交變電流?；谑┑腗M 二極管829可以被配置為將交變電流轉(zhuǎn)換為直流。
[0089]圖9中示意性圖示了用來制作基于石墨烯的MM 二極管829的方法的主要步驟937-938。類似地，圖10中示意性圖示了用來對基于石墨烯的MM 二極管829進(jìn)行操作的方法的主要步驟1039-1040。
[0090]將要意識到的是，在該裝置是隧道光電檢測器的情況下，石墨烯將被用來作為傳送電極(因為有用光線被石墨烯所吸收)。當(dāng)該裝置是一般的MIM 二極管時，該裝置能夠被配置為使得電子通過絕緣體從石墨烯電極隧穿至其它電極，或者該裝置能夠被配置為使得電子通過絕緣體從其它電極隧穿至石墨烯。
[0091 ] 如已經(jīng)提到的，通過對第一導(dǎo)電材料層和第二導(dǎo)電材料層施加電壓差異，和/或在第一導(dǎo)電材料層和第二導(dǎo)電材料層之間提供功函數(shù)差異，該裝置可以被配置為使得電子無法通過電絕緣材料層而從第二導(dǎo)電材料層隧穿至第一導(dǎo)電材料層。將要意識到的是，在石墨烯/絕緣體/金屬的結(jié)構(gòu)中，石墨烯和金屬之間的功函數(shù)差異將導(dǎo)致隧穿效應(yīng)的非對稱性并且因此導(dǎo)致類似二極管的表現(xiàn)。另一方面，石墨烯/絕緣體/石墨烯結(jié)構(gòu)將是對稱的(除非一個石墨烯層被進(jìn)行處理而使得其功函數(shù)發(fā)生偏移)并且電子的隧穿在使得偏置反轉(zhuǎn)時優(yōu)選地將是雙向的。
[0092]圖11示意性圖示了根據(jù)一個實施例的提供計算機(jī)程序的計算機(jī)/處理器可讀介質(zhì)1141。在該示例中，計算機(jī)/處理器可讀介質(zhì)1141是諸如數(shù)字多功能盤(DVD)或緊致盤(CD)的碟片。在其它實施例中，計算機(jī)/處理器可讀介質(zhì)1141可以是已經(jīng)以執(zhí)行發(fā)明功能的方式進(jìn)行編程的任意介質(zhì)。計算機(jī)/處理器可讀介質(zhì)1141可以是諸如記憶棒或存儲卡(SD、mini SD或micro SD)的可移動存儲設(shè)備。
[0093]計算機(jī)程序可以包括被配置為執(zhí)行、控制或使能以下內(nèi)容的計算機(jī)代碼:由第一導(dǎo)電材料層、第二導(dǎo)電材料層和電絕緣材料層形成裝置以提供一種裝置，該裝置包括由電絕緣材料層分隔開來的第一導(dǎo)電材料層和第二導(dǎo)電材料層，其中一個或兩個導(dǎo)電材料層包括石墨烯，并且其中該裝置被配置為使得電子能夠從第一導(dǎo)電材料層通過電絕緣材料層隧穿至第二導(dǎo)電材料層。
[0094]除此之外或可替換地，該計算機(jī)程序可以包括被配置為執(zhí)行、控制或使能以下內(nèi)容的計算機(jī)代碼:將第一導(dǎo)電材料層沉積在支撐襯底的頂部；將電絕緣材料層沉積在第一導(dǎo)電材料層的頂部；并且將第二導(dǎo)電材料層沉積在電絕緣材料層的頂部。
[0095]除此之外或可替換地，該計算機(jī)程序可以包括被配置為執(zhí)行、控制或使能以下內(nèi)容的計算機(jī)代碼:將第一導(dǎo)電材料層沉積在第一支撐襯底的頂部；將電絕緣材料層沉積在第一導(dǎo)電材料層的頂部；將第二導(dǎo)電材料層沉積在第二支撐襯底的頂部；將第一支撐襯底置于第二支撐襯底的頂部而使得第一導(dǎo)電材料層通過電絕緣材料層而與第二導(dǎo)電材料層分隔開來；并且去除第一支撐襯底。
[0096]除此之外或可替換地，該計算機(jī)程序可以包括被配置為執(zhí)行、控制或使能以下內(nèi)容的計算機(jī)代碼:將第一導(dǎo)電材料層沉積在第一支撐襯底的頂部；將電絕緣材料層沉積在第一導(dǎo)電材料層的頂部；將第二導(dǎo)電材料層沉積在第二支撐襯底的頂部；將第二支撐襯底置于第一支撐襯底的頂部而使得第一導(dǎo)電材料層通過電絕緣材料層而與第二導(dǎo)電材料層分隔開來；并且去除第二支撐襯底。
[0097]除此之外或可替換地，該計算機(jī)程序可以包括被配置為執(zhí)行以下內(nèi)容的計算機(jī)代碼:將電流的流動控制為裝置中的第一方向，該裝置包括由電絕緣材料層分隔開來的第一導(dǎo)電材料層和第二導(dǎo)電材料層，其中一個或兩個導(dǎo)電材料層包括石墨烯，并且其中該裝置被配置為使得電子能夠從第一導(dǎo)電材料層通過電絕緣材料層隧穿至第二導(dǎo)電材料層，電流的流動通過對第一導(dǎo)電材料層和第二導(dǎo)電材料層提供電壓差和/或在第一導(dǎo)電材料層和第二導(dǎo)電材料層之間提供功函數(shù)差而進(jìn)行控制。
[0098]在圖中所描繪的其它實施例已經(jīng)被提供以與之前所描述實施例的類似特征相對應(yīng)的附圖標(biāo)記。例如，附圖標(biāo)記I也可以對應(yīng)于附圖標(biāo)記101、201、301等。這些帶編號的特征可以出現(xiàn)在各圖中，但是可能并非直接在這些特定實施例的描述內(nèi)被加以引用。仍然將這些提供在圖中以幫助對另外的實施例加以理解，尤其是關(guān)于之前所描述的類似實施例的特征。
[0099]本領(lǐng)域技術(shù)人員將會意識到的是，任意所提到的裝置/設(shè)備/服務(wù)器和/或特定所提到的裝置/設(shè)備/服務(wù)器的其它特征可以由裝置來提供，該裝置得以被部署而使得它們被配置為僅在被使能，例如被啟動等的時候才執(zhí)行所期望的操作。在這樣的情況下，它們并非必然使得適當(dāng)軟件在非使能狀態(tài)(例如，關(guān)機(jī)狀態(tài))下被加載到活動存儲器中，而是僅在使能狀態(tài)(例如，開機(jī)狀態(tài))下加載適當(dāng)軟件。該裝置可以包括被加載到存儲區(qū)上的軟件。這樣的軟件/計算機(jī)程序可以被記錄在相同的存儲器/處理器/功能單元上和/或記錄在一個或多個存儲器/處理器/功能單元上。
[0100]在一些實施例中，特別提到的裝置/設(shè)備/服務(wù)器可以利用適當(dāng)軟件進(jìn)行編程以執(zhí)行所期望的操作，并且其中能夠使得該適當(dāng)軟件供下載“密鑰”的用戶所使用，“密鑰”例如用來解鎖/使能軟件及其相關(guān)聯(lián)的功能。與這樣的實施例相關(guān)聯(lián)的優(yōu)勢可以包括在設(shè)備需要進(jìn)一步功能時針對下載數(shù)據(jù)的要求有所降低，并且這在設(shè)備被認(rèn)為具有足夠容量來針對用戶可能并未使能的功能存儲這樣的預(yù)編程軟件的示例中會是有用的。[0101]將要意識到的是，任意所提到的裝置/電路/元件/處理器除了所提到的功能之外可以具有其它功能，并且這些功能可以由相同的裝置/電路/元件/處理器來執(zhí)行。一個或多個所公開的方面可以包含記錄在適當(dāng)載體(例如，存儲器、信號)上的相關(guān)聯(lián)計算機(jī)程序和計算機(jī)程序(其可以是源/被傳輸編碼)。
[0102]將要意識到的是，這里所描述的任意“計算機(jī)”都可以包括一個或多個單獨處理器/處理部件的集合，其可以位于相同電路板上或者電路板的相同分布/位置上或者甚至位于相同設(shè)備上。在一些實施例中，任意的一個或多個所提到的處理器可以在多個設(shè)備上進(jìn)行分布。相同或不同處理器/處理元件可以執(zhí)行這里所描述的一種或多種功能。
[0103]將要意識到的是，術(shù)語“信令”可以是指作為一系列所傳送和/或接收的信號進(jìn)行傳送的一個或多個信號。該系列信號可以包括一個、兩個、三個、四個或者甚至更多的個體信號分量或不同信號以構(gòu)成所述信令。這些個體信號中的一些或全部可以同時、順序傳送/接收，和/或使得它們在時間上互相重疊。
[0104]參考任意所提到的計算機(jī)和/或處理器及存儲(例如，包括ROM、⑶-ROM等)的任意討論，這些可以包括計算機(jī)處理器、應(yīng)用特定集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)，和/或已經(jīng)以執(zhí)行本發(fā)明功能的方式進(jìn)行編程的其它硬件組件。
[0105]借助于本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知常識， 申請人:因此以這里所描述的每種個體特征以及兩個或更多這樣的特征的任意組合能夠作為整體基于本說明書執(zhí)行的范圍而單獨公開了這樣的特征或組合，而無論這樣的特征或特征組合是否解決了這里所公開的任何問題，并且不對權(quán)利要求的范圍進(jìn)行限制。 申請人:指出，所公開的方面/實施例可以構(gòu)成任意這樣的個體特征或特征組合?？紤]到以上描述，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將會顯而易見的是，可以在本公開的范圍內(nèi)繼續(xù)進(jìn)行各種修改。
[0106]雖然基本的新穎特征已經(jīng)被示出并描述以及指出為被應(yīng)用于其不同的實施例，但是將要理解的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對所描述的設(shè)備和方法在形式和細(xì)節(jié)方面進(jìn)行各種省略和替換以及變化而并不背離本發(fā)明的精神。例如，所明確打算的是，基本上以相同方式執(zhí)行基本上相同功能而實現(xiàn)相同結(jié)果的那些元件和/或方法步驟的所有組合都處于本發(fā)明的范圍之內(nèi)。此外，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到的是，結(jié)合任意所公開形式或?qū)嵤├境龊?或描述的結(jié)構(gòu)和/或元件和/或方法步驟可以被集合在任意其它所公開或描述或建議的形式或?qū)嵤├卸鳛橐话愕脑O(shè)計選擇。此外，在權(quán)利要求中，器件加功能的條款意在覆蓋這里所描述為執(zhí)行所引用功能的結(jié)構(gòu)，并且不僅是結(jié)構(gòu)等同形式而且還有等同結(jié)構(gòu)。因此，雖然釘子和螺絲可能由于釘子采用圓柱體表面以將木質(zhì)部分固定在一起而螺絲則采用螺旋表面而并非是結(jié)構(gòu)等同形式，但是在緊固木質(zhì)部分的情況下，釘子和螺絲可以是等同結(jié)構(gòu)。
【權(quán)利要求】
1.一種裝置，包括由電絕緣材料層分隔開來的第一導(dǎo)電材料層和第二導(dǎo)電材料層，其中一個或兩個導(dǎo)電材料層包括石墨烯，并且其中所述裝置被配置為使得電子能夠從所述第一導(dǎo)電材料層通過所述電絕緣材料層隧穿至所述第二導(dǎo)電材料層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述裝置被配置為通過對所述第一導(dǎo)電材料層和所述第二導(dǎo)電材料層施加電壓差和/或在所述第一導(dǎo)電材料層和所述第二導(dǎo)電材料層之間提供功函數(shù)差而使得電子無法從所述第二導(dǎo)電材料層通過所述電絕緣材料層隧穿至所述第一導(dǎo)電材料層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述第一導(dǎo)電材料層和所述第二導(dǎo)電材料層中的一個或兩者僅由石墨烯所制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述第一導(dǎo)電材料層包括石墨烯，而所述第二導(dǎo)電材料層包括Cr、Au、Al、N1、Cu、Pt、W以及銦錫氧化物中的一種或多種，或者包括上述的一種或多種的合金。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述第一導(dǎo)電材料層、所述第二導(dǎo)電材料層和所述電絕緣材料層中的一個或多個層是光學(xué)透明的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述裝置形成于支撐襯底上，并且其中該支撐襯底是電絕緣和/或光學(xué)透明的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述電絕緣材料層包括A1203、HfO2,BN和類金剛石碳中的一種或多種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述第二導(dǎo)電材料層包括一個或多個納米柱體。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述裝置在所述第一導(dǎo)電材料層或所述第二導(dǎo)電材料層的頂部包括鈍化層。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述裝置包括電壓源，其被配置為在所述導(dǎo)電材料層之間施加電位差而促成電子從所述第一導(dǎo)電材料層通過所述電絕緣材料層而隧穿至所述第二導(dǎo)電材料層，并且阻止電子從所述第二導(dǎo)電材料層通過所述電絕緣材料層而隧穿至所述第一導(dǎo)電材料層。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述電壓源被配置為向所述第一導(dǎo)電材料層施加負(fù)電位和/或向所述第二導(dǎo)電材料層施加正電位。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中電子是在所述第一導(dǎo)電材料層被電磁輻射照射時所生成的熱電子。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述裝置包括天線，其被配置為允許電子在所述天線被電磁輻射所照射時進(jìn)行流動，并且其中所述裝置被配置為使得電子能夠從所述第一導(dǎo)電材料層通過所述電絕緣材料層而隧穿至所述第二導(dǎo)電材料層。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中該裝置為二極管。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中該裝置形成光電檢測器或硅整流二極管天線的部分。
16.—種方法,包括: 由第一導(dǎo)電材料層、第二導(dǎo)電材料層和電絕緣材料層形成裝置以提供一種裝置，所述裝置包括由所述電絕緣材料層分隔開來的所述第一導(dǎo)電材料層和所述第二導(dǎo)電材料層，其中一個或兩個導(dǎo)電材料層包括石墨烯，并且其中所述裝置被配置為使得電子能夠從所述第一導(dǎo)電材料層通過所述電絕緣材料層隧穿至所述第二導(dǎo)電材料層。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述裝置的形成包括: 將所述第一導(dǎo)電材料層沉積在支撐襯底的頂部； 將所述電絕緣材料層沉積在所述第一導(dǎo)電材料層的頂部；以及 將所述第二導(dǎo)電材料層沉積在所述電絕緣材料層的頂部。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中所述裝置的形成包括: 將所述第一導(dǎo)電材料層沉積在第一支撐襯底的頂部； 將所述電絕緣材料層沉積在所述第一導(dǎo)電材料層的頂部； 將所述第二導(dǎo)電材料層沉積在第二支撐襯底的頂部； 將所述第一支撐襯底置于第二支撐襯底的頂部而使得所述第一導(dǎo)電材料層通過所述電絕緣材料層而與所述第二導(dǎo)電材料層分隔開來；以及去除所述第一支撐襯底。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述裝置的形成包括: 將所述第一導(dǎo)電材料層沉積在第一支撐襯底的頂部； 將所述電絕緣材料層沉積在所述第一導(dǎo)電材料層的頂部； 將所述第二導(dǎo)電材料層沉積在第二支撐襯底的頂部； 將所述第二支撐襯底置于所述第一支撐襯底的頂部而使得所述第一導(dǎo)電材料層通過所述電絕緣材料層而與所述第二導(dǎo)電材料層分隔開來；以及去除所述第二支撐襯底。
20.—種方法,包括: 在裝置中控制電流的流動為第一方向， 所述裝置包括由電絕緣材料層分隔開來的第一導(dǎo)電材料層和第二導(dǎo)電材料層，其中一個或兩個導(dǎo)電材料層包括石墨烯，并且其中所述裝置被配置為使得電子能夠從所述第一導(dǎo)電材料層通過所述電絕緣材料層隧穿至所述第二導(dǎo)電材料層， 通過對所述第一導(dǎo)電材料層和所述第二導(dǎo)電材料層提供電壓差和/或在所述第一導(dǎo)電材料層和所述第二導(dǎo)電材料層之間提供功函數(shù)差而對電流的流動進(jìn)行控制。
【文檔編號】H01L45/00GK104011891SQ201280063406
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2012年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月23日
【發(fā)明者】A·庫利, S·阿萬, A·洛姆巴多, T·庫爾馬拉, A·費拉里, T·埃徹梅耶 申請人:諾基亞公司