[0135] 圖14示出圖13的石墨烯器件具有發(fā)光器件的功能的情形，圖15示出圖13的石 墨烯器件具有光伏器件的功能的情形。在圖14中，附圖標(biāo)記L2表示從功能層F16發(fā)射的 光。當(dāng)期望的電壓或替代地預(yù)定的電壓被施加在第一電極E16和第二電極E26之間時，功 能層F16可以由于電致發(fā)光（EL)效應(yīng)而發(fā)射光L2。此時，通過控制被施加到柵極G16的電 壓，發(fā)光特性可以被改變或發(fā)光操作可以被導(dǎo)通或可以被關(guān)斷。在圖15的石墨烯器件中， 當(dāng)光L1朝向功能層F16福照時，電能可以在功能層F16內(nèi)產(chǎn)生。在圖14中，功能層F16可 以包括無機(jī)發(fā)光材料或有機(jī)發(fā)光材料。在圖15中，功能層F16可以包括無機(jī)光敏材料或有 機(jī)光敏材料。無機(jī)發(fā)光材料可以是包含III -V族元素的化合物，例如GaN或InAs。圖15的 石墨烯器件可以用作光電探測器或光電晶體管。在圖14和圖15中，柵極G16和第二電極E26中的至少一個可以是透明電極，第一電極E16也可以是透明電極。
[0136] 在圖14和15的結(jié)構(gòu)中，功能層F16可以包括垂直地堆疊的三個或更多層。在這 種情況下，功能層F16可以包括有源層（發(fā)光層或光敏層）、n型半導(dǎo)體層和p型半導(dǎo)體層。
[0137] 根據(jù)另一些實(shí)施方式，可以使用具有不同的功能的多個功能層。換句話說，具有第 一功能的第一功能層和具有第二功能的第二功能層可以應(yīng)用于單個器件。根據(jù)需要，具有 第三功能的第三功能層可以被進(jìn)一步應(yīng)用。圖16和圖17是示出使用具有不同的功能的多 個功能層的情形的截面圖。圖16和圖17的結(jié)構(gòu)可以分別類似于圖11和圖13的結(jié)構(gòu)。
[0138] 參照圖16,多個功能層F17a和F17b可以橫向地布置在石墨烯層GP17和第二電極 E27之間。多個功能層F17a和F17b可以為例如第一功能層F17a和第二功能層F17b。第 一功能層F17a可以具有光電轉(zhuǎn)換特性、非易失性存儲器特性和壓電特性當(dāng)中的一個，第二 功能層F17b可以具有另一個。在這種情況下，圖16的石墨烯器件具有開關(guān)器件（電子器 件/晶體管）的功能并同時也可以具有光電轉(zhuǎn)換特性、非易失性存儲器特性和壓電特性中 的兩個。在圖16中，附圖標(biāo)記G17、GI17和E17分別表不柵極、柵極絕緣層和第一電極。
[0139] 參照圖17,多個功能層F18a和F18b可以垂直地堆疊在石墨烯層GP18和第二電極 E28之間。多個功能層F18a和F18b可以為例如第一功能層F18a和第二功能層F18b。第 一功能層F18a可以具有光電轉(zhuǎn)換特性、非易失性存儲器特性和壓電特性當(dāng)中的一個，第二 功能層F18b可以具有另一個。在這種情況下，圖17的石墨烯器件具有開關(guān)器件（電子器 件/晶體管）的功能并同時也可以具有光電轉(zhuǎn)換特性、非易失性存儲器特性和壓電特性中 的兩個。在圖17中，附圖標(biāo)記G18、GI18和E18分別表不柵極、柵極絕緣層和第一電極。
[0140] 圖16和圖17的石墨烯器件的每個可以包括三個或更多功能層。圖16的功能層 F17a和F17b的至少一部分可以與圖17的功能層F18a和F18b的至少一部分相結(jié)合。因 此，可以實(shí)現(xiàn)各種石墨烯器件。
[0141] 圖18是根據(jù)另一個示例實(shí)施方式的石墨烯器件的截面圖。
[0142] 參照圖18,第一石墨烯層GP1和第二石墨烯層GP2可以被包括。例如，第一和第 二石墨烯層GP1和GP2可以并排地布置以彼此間隔開。電連接到第一石墨烯層GP1的第一 區(qū)域的第一電極元件E1可以被包括。電連接到第二石墨烯層GP2的第一區(qū)域的第二電極 元件E2可以被包括。對應(yīng)于第一石墨烯層GP1的一部分（即，第二區(qū)域）和第二石墨烯層 GP2的一部分（S卩，第二區(qū)域）的第三電極元件E3可以被包括。第三電極元件E3可以設(shè)置 在第一電極元件E1和第二電極元件E2之間從而與其間隔開。第一功能層F1可以在第三 電極元件E3和第一石墨烯層GP1之間。第二功能層F2可以在第三電極元件E3和第二石 墨烯層GP2之間。第一和第二功能層F1和F2可以彼此間隔開或者可以彼此接觸。圖18 示出第一和第二功能層F1和F2可以彼此間隔開的情形。在這種情況下，絕緣層IL1可以 被包括以填充第一和第二功能層F1和F2之間的空間以及第一和第二石墨烯層GP1和GP2 之間的空間。絕緣層IL1可以由2D絕緣體諸如h-BN或除了 2D材料之外的絕緣體形成，或 者包括2D絕緣體諸如h-BN或除了 2D材料之外的絕緣體。與第一和第二石墨烯層GP1和 GP2間隔開的柵極G1可以被包括。柵極絕緣層GI1可以在柵極G1與第一和第二石墨烯層 GP1和GP2之間。
[0143] 根據(jù)本實(shí)施方式，柵極絕緣層GI1可以在柵極G1上，第一和第二石墨烯層GP1和 GP2可以在柵極絕緣層GI1上，第一、第二和第三電極元件El、E2和E3可以在第一和第二 石墨烯層GP1和GP2上。第一功能層F1可以設(shè)置在第一石墨烯層GP1和第三電極元件E3 之間，第二功能層F2可以設(shè)置在第二石墨烯層GP2和第三電極元件E3之間。
[0144] 第一和第二功能層F1和F2中的至少一個可以對應(yīng)于圖1的功能層F10。因此，第 一和第二功能層F1和F2中的至少一個可以具有光電轉(zhuǎn)換特性、非易失性存儲器特性和壓 電特性中的至少一種。第一和第二功能層F1和F2可以包括不同的材料并可以具有不同的 物理性質(zhì)。例如，第一和第二功能層F1和F2的一個（例如第一功能層F1)可以為p型半 導(dǎo)體，另一個（例如第二功能層F2)可以為η型半導(dǎo)體。在這種情況下，根據(jù)本實(shí)施方式的 石墨烯器件可以具有互補(bǔ)反相器結(jié)構(gòu)。
[0145] 當(dāng)圖18的石墨烯器件具有互補(bǔ)反相器結(jié)構(gòu)時，第一電極Ε1可以連接到電源端子 (未示出）。第二電極Ε2可以連接到接地端子（未示出）。換句話說，第二電極Ε2可以被 接地。柵極G1可以連接到輸入端子（未示出）。第三電極Ε3可以連接到輸出端子（未示 出）。根據(jù)經(jīng)由輸入端子施加到柵極G1的輸入信號（電壓），第一和第二功能層F1和F2 可以被導(dǎo)通或關(guān)斷，經(jīng)由輸出端子輸出的信號可以改變。例如，當(dāng)對應(yīng)于"1"的信號輸入到 輸入端子時，對應(yīng)于"〇"的信號可以經(jīng)由輸出端子輸出。另一方面，當(dāng)對應(yīng)于"〇"的信號輸 入到輸入端子時，對應(yīng)于"1"的信號可以經(jīng)由輸出端子輸出。因此，圖18的石墨烯器件可 以執(zhí)行反相器功能。
[0146] 圖19是示出當(dāng)圖18的石墨烯器件用作反相器時的電路配置的電路圖。
[0147] 參照圖19,第一晶體管TR1和第二晶體管TR2連接到彼此。第一晶體管TR1可以 是Ρ型，而第二晶體管TR2可以是η型。第一晶體管TR1可以包括圖18的柵極G1、圖18的 第一石墨烯層GP1、圖18的第一電極Ε1、圖18的第三電極Ε3的一部分以及圖18的第一功 能層F1。第二晶體管TR2可以包括圖18的柵極G1、圖18的第二石墨烯層GP2、圖18的第 二電極Ε2、圖18的第三電極Ε3的一部分以及圖18的第二功能層F2。電源端子VDD可以 連接到第一晶體管TR1的漏極。輸出端子V0UT可以共同連接到第一晶體管TR1的源極和 第二晶體管TR2的漏極。接地端子VSS可以連接到第二晶體管TR2的源極。輸入端子VIN 可以連接到第一和第二晶體管TR1和TR2的柵極（公共柵極）。如上所述，根據(jù)經(jīng)由輸入端 子VIN施加到公共柵極的輸入信號（電壓），第一和第二晶體管TR1和TR2可以被導(dǎo)通或關(guān) 斷，經(jīng)由輸出端子V0UT輸出的信號可以被改變。由于反相器可以用作各種邏輯器件和各種 電子電路的任一個的基本部件，所以根據(jù)示例實(shí)施方式的具有反相器功能的石墨烯器件可 以用于構(gòu)造各種邏輯器件和各種電子電路。包括反相器的邏輯器件的示例可以包括NAND 器件、N0R器件、編碼器、解碼器、復(fù)用器（MUX)、解復(fù)用器（DEMUX)、感測放大器和振蕩器。
[0148] 圖18的石墨烯器件可以執(zhí)行邏輯器件（電子器件）諸如圖19的反相器的功能， 并也可以執(zhí)行其他的功能。例如，圖18的石墨烯器件可以具有光電子器件、存儲器器件和 壓電器件中的至少一種的功能。圖20示出圖18的石墨烯器件用作光電子器件的情形。在 圖20中，柵極G1和第三電極E3中的至少一個可以由透明材料形成或包括透明材料。第一 和第二電極E1和E2也可以由透明材料形成或包括透明材料。在圖20中，附圖標(biāo)記L1表 示入射到第一和第二功能層F1和F2上的光。
[0149] 根據(jù)其他的示例實(shí)施方式，當(dāng)在圖18的結(jié)構(gòu)中第一電極E1和第二電極E2兩者都 用作源電極并且第三電極E3用作漏電極時，圖18的結(jié)構(gòu)可以用作單個晶體管。在這種情 況下，當(dāng)?shù)谝还δ軐覨1是p型半導(dǎo)體并且第二功能層F2是η型半導(dǎo)體時，圖18的石墨烯 器件可以用作雙極性晶體管。因而，當(dāng)圖18的石墨烯器件用作雙極性晶體管時，第一和第 二石墨烯層GP1和GP2可以彼此接觸。第一和第二功能層F1和F2也可以彼此接觸。
[0150] 在上面參照圖18描述的實(shí)施方式中，第一和第二功能層F1和F2中的至少一個可 以包括發(fā)光材料、光敏材料、電阻變化材料、相變材料、鐵電材料、多鐵性材料、多穩(wěn)態(tài)分子 和壓電材料中的至少一種。第一和第二功能層F1和F2中的至少一個可以包括包含III族和 V族元素的化合物、ΤΜ0、硫族化物材料、鈣鈦礦材料、2D材料和有機(jī)材料中的至少一種。由 于第一和第二功能層F1和F2中的至少一個的材料性質(zhì)和物理性質(zhì)可以與上面參照圖1描 述的功能層F10的那些相同或相似，所以將省略其重復(fù)描述。
[0151] 根據(jù)另一些示例實(shí)施方式，圖18的石墨烯器件還可以包括第一功能層F1和第一 石墨烯層GP1之間的第一插入層（未示出）、第一功能層F1和第三電極元件Ε3之間的第二 插入層（未示出）、第二功能層F2和第二石墨烯層GP2之間的第三插入層（未示出）以及 第二功能層F2和第三電極元件Ε3之間的第四插入層（未示出）中的至少一個。由于第一 至第四插入層的材料性質(zhì)和物理性質(zhì)可以與上面參照圖1描述的第一和第二插入層Ν10和 Ν20的那些相同或相似，所以將省略其重復(fù)描述。
[0152] 現(xiàn)在將描述根據(jù)示例實(shí)施方式的制造石墨烯器件的方法。
[0153] 圖21Α至21C是用于說明根據(jù)示例實(shí)施方式的制造石墨烯器件的方法的截面圖。
[0154] 參照圖21Α，柵極絕緣層110可以在柵極100上，石墨烯層120可以在柵極絕緣層 110上。柵極絕緣層110可以通過沉積形成，石墨烯層120可以通過轉(zhuǎn)移形成。替代地，當(dāng) 金屬（催化劑金屬）諸如Cu、Ni、Fe、Co、Pt或Ru用于形成柵極100時，柵極絕緣層110可 以通過在柵極100上生長h-BN而形成，石墨烯層120可以通過在由h-BN形成或包括h-BN 的柵極絕緣層110上直接生長石墨烯而形成。形成柵極絕緣層110和石墨烯層120的方法 可以改變。
[0155] 參照圖21B，功能層140可以在石墨烯層120的一部分上。功能層140可以通過 物理氣相沉積（PVD)諸如濺射或蒸鍍而形成，或者可以通過化學(xué)氣相沉積（CVD)、原子層沉 積（ALD)或脈沖激光沉積（PLD)而形成。替代地，功能層140可以通過沉積/生長而在另 一個基板（未示出）上，然后可以轉(zhuǎn)移到石墨烯層120上。功能層140可以具有與圖1的 功能層F10相同的材料性質(zhì)和物理性質(zhì)。
[0156] 參照圖21C，第一電極160A和第二電極160B可以分別在石墨烯層120和功能層 140上。第一電極160A可以在石墨烯層120的與功能層140間隔開的部分上，第二電極 160B可以在功能層140上。例如，在導(dǎo)電層在石墨稀層120和功能層140上之后，其可以 被圖案化以形成第一電極160A和第二電極160B。替代地，第一電極160A和第二電極160B 可以利用剝離工藝形成。第一電極160A和第二電極160B可以根據(jù)各種其他的方法形成。 圖21C的結(jié)構(gòu)可以對應(yīng)于圖5和圖9的結(jié)構(gòu)。
[0157] 當(dāng)圖21A-21C的方法改變時，可以獲得圖1的結(jié)構(gòu)。例如，如圖22所示，第一插入 層130可以在石墨稀層120和功能層140之間，并且第二插入層150可以在功能層140和第 二電極160B之間。第一和第二插入層130和150的材料和作用可以與圖1的第一和第二 插入層N10和N20相同或類似。第一和第二插入層130和150中的至少一個可以不形成。
[0158] 在圖21C和圖22中，柵極100和第二電極160B可以由透明材料形成或包括透明 材料。第一電極160A也可以由透明材料形成或包括透明材料。因此，可以容易地進(jìn)行光到 功能層140的進(jìn)入或光從功能層140的發(fā)射（提取），石墨烯器件可以用作光學(xué)器件。透明 材料（透明電極材料）的示例可以包括石墨烯和銦錫氧化物（ITO)。
[0159] 圖23A至23D是用于說明根據(jù)另一個示例實(shí)施方式的制造石墨烯器件的方法的截 面圖。
[0160] 參照圖23A，柵極絕緣層111和石墨烯層121可以順序地位于柵極101上。這可以 與以上參照圖21A所描述的相同或類似。
[0161] 參照圖23B，第一功能層141a可以在石墨稀層121的一部分上。第一功能層141a 可以是η型半導(dǎo)體（或p型半導(dǎo)體）。第一功能層141a可以具有光電轉(zhuǎn)換特性、非易失性 存儲器特性和壓電特性中的至少一種。
[0162] 參照圖23C，第二功能層141b可以在石墨烯層121的一部分上。第二功能層141b 可以設(shè)置在第一功能層141a旁邊。第二功能層141b可以接觸第一功能層141a的側(cè)表面。 因此，第一和第二功能層141a和141b可以被橫向地布置。第二功能層141b可以是p型半 導(dǎo)體（或η型半導(dǎo)體）。第二功能層141b可以具有光電轉(zhuǎn)換特性、非易失性存儲器特性和 壓電特性中的至少一種。當(dāng)?shù)谝还δ軐?41a具有光電轉(zhuǎn)換特性、非易失性存儲器特性和壓 電特性當(dāng)中的一種特性時，第二功能功能層141b可以具有光電轉(zhuǎn)換特性、非易失性存儲器 特性和壓電特性當(dāng)中的另一種特性。圖23C的第一功能層141a和第二功能層141b可以分 別對應(yīng)于圖11的第一層Π和第二層f2,或可以分別對應(yīng)于圖16的第一功能層F17a和第 二功能層F17b。第一功能層141a和第二功能層141b可以一起被認(rèn)為是單個功能層141。
[0163] 參照圖23D，第一電極161A和第二電極161B可以分別在石墨烯層121和功能層 141上。這可以與圖22C的第一電極160A和第二電極160B的形成相同或類似。
[0164] 圖24A至圖24E是用于說明根據(jù)另一個示例實(shí)施方式的制造石墨烯器件的方法的 截面圖。
[0165] 參照圖24A，柵極絕緣層112和石墨烯層122可以順序地在柵極102上。這可以與 以上參照圖21A所描述的相同或類似。
[0166] 參照圖24B，第一插入層132可以在石墨烯層122的一部分上。
[0167] 參照圖24C，第一功能層142a可以在第一插入層132上。第二功能層142b可以在 第一功能層142a上。第一和第二功能層142a和142b中的一個可以是p型半導(dǎo)體，另一個 可以是η型半導(dǎo)體。因此第一和第二功能層142a和142b可以形成p/n結(jié)構(gòu)或n/p結(jié)構(gòu)。 第一功能層142a可以具有光電轉(zhuǎn)換特性、非易失性