專利名稱：鉆石裝置上的石墨烯及其相關方法
技術領域：
本發明涉及一種在鉆石表面上形成石墨烯及其相關方法。因此，本發明涉及化學與材料科學領域。
背景技術：
石墨烯是一種由Sp2鍵結的碳原子所形成的單一原子厚度平面片狀物，其中該等SP2鍵結的碳原子是緊密堆迭成具有蜂巢結晶晶格的苯環狀結構(benzene-ring structure)。此二維材料在層狀結構的平面中顯現出高的電子移動率以及優異的導熱性。 而石墨則是一種包含有多個彼此相互平行堆迭的石墨烯層。石墨烯已被廣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、納米管等。舉例來說，碳納米管可描述成石墨烯片狀物卷成納米尺寸的圓柱體。再者，平面石墨烯本身已經被推定為無法以游離態(free state)存在的物質,且對于形成如煙灰(soot)、 富勒烯、納米管等這種彎曲結構而言是不穩定的。目前已有人試圖將石墨烯整合于如電晶體的電子裝置中，然而這樣的嘗試多半無法成功，其是由于具有適合整合至該等裝置中的尺寸的高品質石墨烯層的制造相關的問題。其中一項用以生成石墨烯層的技術涉及將石墨烯平面從高配向性熱解石墨(high oriented pyrolific graphite)剝離的方法,使用這種方法只會形成一般而言過小的小薄片，以致于無法在電子應用中被利用。
發明內容
因此，本發明提供一種整合石墨烯材料的鉆石裝置、石墨烯材料及其相關方法。 例如，一方面，提供一種在鉆石表面上形成石墨烯的方法，該方法可包括涂布一金屬層至一鉆石基材的一結晶面，以及在真空下加熱該鉆石基材，以將位于該結晶面的一部分鉆石基材轉變為石墨烯。另一方面，該金屬層僅涂布在具有相同結晶配向(crystallographic orientation)的鉆石基材面上。又一方面，該金屬層僅涂布在該鉆石基材的單一結晶面。 再一方面，該結晶面為一(111)面。此外，一方面，將位于該結晶面的一部分鉆石基材轉變為石墨烯包括通過麻田散體變態(martensitic transformation)轉變部分的該鉆石基材。 另一方面，該鉆石基材為一納米鉆石。各種金屬材料皆被納入考慮，且任何能夠促進鉆石表面中的碳原子形成石墨烯的金屬皆視為本發明的范疇。例如，在一實施例中，該金屬可為一金屬合金。可用于金屬合金中的金屬的非限制性的例子包括鐵、鎳、鈷及其類似物，包含其等的組合物。可與所述的金屬混合成合金的金屬的非限制性的例子包括銅、鋅及其類似物，包含其等的組合物。制造方法條件可取決于不同的因素而改變，例如鉆石基材的本質、具有該石墨烯材料的預定組成物及其類似物。因此，根據本發明的實施例，任何能夠在鉆石基材上制造石墨烯的制造方法條件皆視為本發明的范疇。即，在一實施例中，該鉆石基材加熱至大約 600°C至大約1400°C之間的溫度。在又一實施例中，該真空大約10_4托耳(torr)至大約10_6托耳。該石墨烯材料可被單獨使用或是與該鉆石基材合并使用。因此，在一實施例中，該方法可包括使該石墨烯由該鉆石基材脫離。在另一實施例中，該石墨烯材料可維持與鉆石基材相連接，以便使用作為一整合的鉆石-石墨烯裝置。例如，在一實施例中，該石墨烯材料上可沉積一半導體材料。在一具體的實施例中，該石墨烯上以磊晶方式沉積有該半導體材料。多種不同的裝置可得益于介于鉆石基材的結晶晶格(crystal lattice)與石墨烯材料晶格(graphene material lattice)間的對應關系。例如，在一實施例中，該鉆石基材與該石墨烯之間維持有一嘉晶關系(epitaxial relationship)。在一具體的實施例中，該鉆石基材與該石墨烯材料在一氫氣氣氛下加熱至大于或等于大約700°C的溫度，以氣化未嘉晶(non-epitaxial)的碳原子。本發明還提供一鉆石-石墨烯裝置，該裝置可包括一鉆石基材以及一石墨烯材料，該石墨稀材料形成在鉆石基材的一結晶表面上，且以嘉晶方式對齊該鉆石基材的結晶表面。該石墨烯材料經配向(oriented)，使得實質上全部的石墨烯平面平行于該結晶表面。 此外，在一實施例中，該石墨烯材料是由一部分的鉆石基材所形成。在另一實施例中，該石墨稀材料形成于鉆石基材的一(111)面上。依據本發明的實施例的該鉆石-石墨烯裝置的各種不同用途皆可納入考慮。例如，在一實施例中，該石墨烯材料上設置有一半導體材料。此種基材可用于各種裝置，包括各種不同的電子裝置。一具體例子是一發光二極管基材(LED substrate)。其他的例子包括分子感測器、液晶顯示器(LCDs)、太陽能板、壓力感測器、表面聲波濾波器(SAWfilters)、 共振器及其類似物。視半導體裝置的預定用途而定，任何半導體材料皆可使用。半導體材料的非限制的例子可包括娃(silicon)、碳化娃(silicon carbide)、娃鍺(silicon germanium)、 石申化嫁(gallium arsenide)、氮化嫁(gallium nitride)、錯(germanium)、硫化鋒 (zinc sulfide)、憐化嫁(gallium phosphide)、鋪化嫁(gallium antimonide)、石申憐化嫁鋼(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)、石申化銦(indium arsenide)、憐化銦(indium phosphide)、鋪化銦(indium antimonide)、氮化銦(indium nitride)及其類似物,包括其等的混合物。在一具體實施例中，該半導體材料可包括氮化鎵、氮化招、氮化銦及其等的復合物(composites)。在另一具體實施例中，該半導體材料可包括氮化鎵。因此，本發明先以綱要、較為廣泛的方式描述本發明的各項特征，以使后續的詳細說明可更被理解，進而使本發明對所述領域的貢獻可有更佳的領會。本發明其他特征將通過下列的詳細說明與權利要求變得更加清晰，或可通過實施本發明來了解本發明的其他特征。
圖I為本發明的一具體實施例的石墨烯晶格的示意圖。
圖2為本發明的另一具體實施例的鉆石裝置上的石墨烯的剖面圖。圖3為本發明的又一實施例的鉆石裝置上的石墨烯的剖面圖。主要元件符號說明12鉆石基材；14石墨烯材料；16半導體材料。
具體實施例方式定義以下，將使用下列用語的定義敘述與主張本發明的內容。單數型態的“一”及“該”包含多的意義，除非文中有明確指出不同的意義。因此， 舉例而言，“一顆粒”包含了一或一個以上所述的顆粒，且“該材料”包含了一個或多個此種材料。本文所使用的用語“實質上”是指一作用、特征、性質、狀態、結構、物品或結果的完全或近乎完全的范圍或是程度。舉例而言，一物體“實質上”被包覆，其意指該物體被完全地包覆，或者被近乎完全地包覆。在一些情況下，相比于絕對完全實際上可允許的偏差程度取決于特定的內文而決定。然而，一般而言，接近完全時所得到的結果將如同在絕對且完整完全時得到的整體結果相同。且使用“實質上”表達負面含意時，也可用于描述完全或近乎完全地缺乏一作用、特征、性質、狀態、結構、物品或結果。舉例而言，一 “實質上沒有”某顆粒的組成物，可代表完全或接近完全缺少某顆粒，且其效應如同完全沒有某顆粒的程度。換言之，一 “實質上沒有”一成分或元素的組成物實際上仍可能包含該成分或是元素，僅當其等的可量測的效應不存在時。如本文所使用的用語“大約”是指給予數值范圍的邊界值稍微彈性的用詞，所提供的數值可“稍微高于”該邊界值，或是“稍微低于”該邊界值。如本文所使用者，多個物品、結構元件、組成元素及/或材料，基于方便考慮可用一般列表方式呈現。然而，該等列表應被解釋為列表中的各個構件被獨立的視為個別且獨立的構件。因此，不能僅基于此列表的構件出現在同一群組中沒有其他反面的指示，而將此列表中的各獨立構件均解釋為事實上同等于同列表中的任何其他構件。濃度、數量以及其他數值數據在本文中可用一范圍形式表達或呈現。要了解的是， 此范圍形式僅僅為了方便與簡潔而使用，因此該范圍形式應該被彈性地解釋為不僅包含了已被確切描述作為范圍限制的數值外，也包含在該范圍中的所有個別數值或子范圍，就如同每一數值與子范圍都已被明確引述一樣。舉例說明，一個“大約I至5”的數值范圍應被解釋為不僅包含明確引述的數值“大約I至5”外，也包含在該指定的范圍內的獨立數值以及子范圍。因此，包含在此數值范圍中的分別有如2、3及4的獨立數值，如I至3、2至4及 3至5等的子范圍、以及1、2、3、4及5等數值。此相同的原則適用于僅描述單一數值作為最小值或最大值的記載范圍。此外，不論所描述的范圍或特征的幅度為何，都應該采用相同的解釋。本發明本發明涉及一種新穎的鉆石-石墨烯裝置、石墨烯材料及其相關方法。發明人發現一種將一部分的鉆石基材轉變為石墨烯的制造方法。如圖I所示，石墨烯是一種由Sp2鍵結的碳原子所形成的單一原子厚度平面片狀物，其中該等SP2鍵結的碳原子是緊密堆迭成具有蜂巢結晶晶格的碳環結構。在石墨烯中，碳-碳的鍵長大約是I. 45埃(人)，其短于鉆石中的I. 54埃。石墨烯為其他石墨材料的基本結構成分，該石墨材料包括石墨、納米碳管、 富勒烯等。應注意的是，在本文使用的用語“石墨烯”指包括單一原子層的石墨烯以及多層堆迭的石墨烯。完美的石墨烯平面僅由六方晶體所組成，且任何在石墨烯內可能構成“缺陷”的五方或七方晶體，將會改變石墨烯層的平面性質。例如，當12個位于適當位置的五角形形成一平面的富勒烯時，單獨的五方晶體會將該平面彎曲(warp)成圓椎狀，并且，單獨的七角形會將該平面彎曲成馬鞍形狀(saddle-shape)。由于石墨烯平面的彎曲會降低電子移動率以及導熱性，這對于某些需要這些特性的應用當中是不希望發生前述彎曲的情形的。石墨烯層的物理特性可以使其成為一種能夠與各種不同裝置整合的有益材料。數種裝置與用途皆可納入考慮，且下列的實例不應視為一種限制性的實例。例如，在一實施例中，石墨烯的高電子移動率可以使其成為積體電路中有用的組件。此種材料能形成一又薄又精密復雜的具有有益的電子特性的積體電路元件。在另一實施例中，石墨烯可用以作為一偵測單一分子或是多個分子(包括氣體)的感測器。石墨烯層的二維結構(2D structure)能有效地將石墨烯材料的整體體積暴露至一周圍環境中，使其成為一種用以偵測分子的有效材料。由于一氣體或其他分子吸附至石墨烯的表面時，在吸附位置會產生電阻的可偵測的局部變化，使此一分子偵測可以間接的方式量測。由于其具有高電子傳導力與低雜訊的特性，使石墨烯可成為此種偵測方式中有用的材料。在另一實施例中，石墨烯層可用以作為一表面聲波濾波器，在此例子中，由于該石墨烯材料的共振效應，一電壓信號可以被傳送。在又一實施例中，石墨烯可作為一壓力感測器。當該石墨烯晶格受到一壓力而偏斜時，可通過偵測電阻值的變化測量此壓力大小。在再一實施例中，石墨烯層可作為用于發光二極管(LEDs)應用、液晶顯示器應用以及太陽能板等的透明電極。如前所述，此制造方法將一部分的鉆石基材轉變為石墨烯。在一實施例中，石墨烯可形成于該鉆石基材的(111)結晶面上。石墨烯可被視為一平坦的鉆石(111)面，或鉆石
(111)面為折迭(或是非平面的)的石墨烯。通常，當單一層的石墨烯定義為平面時，多層的石墨烯通常為非平面的。在六方石墨(普通石墨的主要型態)的例子中，每層石墨烯層中每隔一個碳原子連接至鄰近的石墨烯層，而未連接的碳原子是由相鄰的石墨烯層的碳六方晶處偏移出。因此，雖然通過略遜于鉆石的(111)面的鍵結程度，以范德華作用力與其他原子稍微相互靠近，通過原子的鍵結也可將石墨烯(或是石墨)表面折迭。在菱面型石墨(rhomobohedral graphite)的例子中，該ABC層類似于立方鉆石的偏移。換言之，菱面型石墨可視為一延伸的立方鉆石，且立方鉆石可視為折迭的菱面型石墨。通過在真空下加熱一鉆石基材，一部分的鉆石表面可轉變為石墨烯材料。在不局限于任何特定的科學理論下，該鉆石材料可經由麻田散體變態轉變為石墨烯，由于麻田散體變態涉及原子的位移(displacement)而非原子的擴散，因此此種轉變可以是迅速的。在一些例子中，尤其是當該鉆石基材的尺寸增加時，可能難以制造出沒有晶界的石墨烯層。為了解決所述的困難，鉆石基材可以通過一層接著一層的接續進行方式轉變成石墨烯，以使鉆石與石墨烯材料之間維持有一磊晶關系。此種接續轉變的方式可通過在即將轉變的鉆石表面上涂布一金屬來達成，其金屬為諸如一金屬合金。金屬合金，以及尤指一種含有鐵、鎳、和/或鈷的金屬合金，其具有在高壓下將石墨烯(或石墨)轉變成鉆石與在低壓下將鉆石轉變成石墨烯的能力。在不局限于任何特定的科學理論下，該轉變似乎是通過金屬原子的原子尺寸相對于鉆石/石墨烯中的碳原子的尺寸所達成。由于金屬原子的空 d軌域會吸引碳原子上的P電子，因此該金屬原子在高壓下可選擇性的吸引石墨烯上每隔一個的碳原子，以導致該材料折迭而形成一鉆石材料。此外，在低壓下也會發生同樣的吸引程序，以一接續的方法使該鉆石材料松解(relax)，并且使該鉆石材料平坦化而轉變成石墨烯。在一些例子中，該轉變可通過金屬合金的組成和/或厚度，以及爐中的溫度與真空條件而減緩。舉例而言，如果僅單獨使用鐵，雪明碳鐵(碳化鐵)(cementite (iron carbide))可能會因為鐵的活性而形成，進而破壞該石墨烯晶格。另一方面，銅與鋅活性較低是因為這些原子不具有空d軌域，因而無法吸引碳原子。因此，這些在金屬合金中的材料可以減緩其他合金成分的活性。因此，一種如鎳-銅的合金可以減緩金屬和碳原子之間的活性，進而減緩兩者間的吸引力。如此一來，通過此種方法可控制該轉變僅會對鉆石表面的表面層(例如100層或是厚度大約為30納米(nm))造成影響。因此，若通過所述的方式控制其轉變，該鉆石晶格將會逐漸地松解或是相轉變為石墨烯晶格。石墨烯可在鉆石基材的(100)面上形成也納入考慮，其能通過在氫氣氣氛且真空下加熱該鉆石基材所達成，且可以在沒有金屬合金涂層的存在下完成石墨烯的生長。在此例子中，該石墨烯平面會以垂直于(100)鉆石表面的配向成長。各種不同鉆石材料皆被納入考慮作為鉆石基材，且任何能夠通過本發明的不同實施例的方法轉變成石墨烯的鉆石材料皆視為本發明的范疇。例如，鉆石基材可包括天然或是合成的鉆石、類鉆碳(diamond-like carbon)、非晶鉆石(amorphous diamond)、多晶鉆石 (polycrystalline diamond)及其類似物。此外,鉆石基材的尺寸可取決于石墨烯材料的預定用途而有所不同。例如，在一實施例中，該鉆石基材可為一納米鉆石顆粒。在其他實施例中，該鉆石基材的尺寸可為數微米、數百微米、數千微米或是更大。在另一實施例中，鉆石基材可介于大約20目(mesh)至400目。該金屬或是金屬合金可涂布于鉆石基材的各種不同的結晶面，且所產生的石墨烯層可取決于基材的表面配向(facial orientation)而有所不同。例如，在一實施例中，該金屬合金可涂布于該鉆石基材的(111)結晶面。所產生的石墨烯材料會被配向為平行于該鉆石基材的表面，并且與鋅礦結構的半導體(wurtzite structure semiconductor)相容。 如前所述，形成在鉆石基材的(100)面上的石墨烯會具有一與鉆石表面垂直的平面。應注意的是，該石墨烯可形成在一單一結晶面上、多個具有相同配向的結晶面上或是多不同配向的結晶面上。如前所述，涂布在鉆石基材的金屬材料(如金屬合金)，可允許將一部分的鉆石基材轉變成石墨烯。在一實施例中，金屬合金的一成份與鉆石表面作用將松解折迭的鉆石轉為石墨烯的狀態，同時，金屬合金的另一成份將會減緩第一成份的活性。該第一金屬合金成份可包括任何一種能夠通過麻田散體變態與鉆石作用藉以產生石墨烯的金屬材料，該材料的非限制性的實例可包括鐵、鎳、鈷及包含其等的組合物及其類似物。該第二成份可包括任何一種能減緩第一金屬合金成份的活性的金屬材料，非限制性的例子包括銅、鋅及包含其等的組合物及其類似物。一具體的非限制性的例子包括鎳-銅。該鉆石基材與該金屬合金在真空下加熱至一溫度后，將會使鉆石材料轉變至石墨烯。發生轉變的溫度可取決于金屬合金的材料、金屬合金的厚度、鉆石基材的尺寸及其類似物而有所不同。即，本發明所屬技術領域中技術人員一但擁有本說明書，即具有微調溫度與壓力條件至符合一給定材料的能力。作為一廣泛的方針，然而，該鉆石基材加熱至介于大約 600°C至1400°C之間的溫度。此外，該真空介于大約10-4托耳至10_6托耳。在一些實施例中，在鉆石基材與石墨稀之間維持一嘉晶關系可能是重要的，尤其， 該磊晶關系對于那些將鉆石基材與石墨烯整合于電子裝置(例如發光二極管)的應用可能更是重要。其一磊晶關系允許熱和/或電子由一材料傳遞至另一材料或是通過石墨烯材料本身傳遞熱和/或電子。一種非嘉晶關系(non-epitaxial relationship)則會將晶界 (grain boundaries)引入石墨烯材料中，而可能妨礙在石墨烯材料中的移動。可使用各種不同逆轉換的方法維持外延石墨烯層(expanding graphene layers)的嘉晶(epitaxy),且任何所述的方法皆視為本發明的范疇。在一示范性的實施例中，該鉆石基材與成長的石墨烯材料可在氫的存在下受到高的熱度。這樣，非磊晶的碳原子會選擇性的被氣化成為甲烷， 使其由成長的石墨烯中脫離。該選擇性的氣化部分是因為Sp3鍵結的未氣化的緣故。因此， 在一實施例中，該鉆石基材在一氫氣氣氛下加熱至一大于或等于大約700°C的溫度，藉以氣化非磊晶的碳原子。一旦該石墨烯材料在鉆石基材上形成后，即可以執行各種不同的進一步的制造方法步驟。例如，在一實施例中，該石墨烯可由該基材脫離。在另一實施例中，該鉆石基材與石墨烯可一起作為一基材使用于進一步的制造方法，舉例來說，諸如整合至一電子裝置。如此，可于石墨烯材料上沉積一半導體材料，且可于該石墨烯材料上以磊晶或是未磊晶的方式沉積有該半導體材料。因此，請參閱圖2所示，在一實施例中提供一鉆石-石墨烯裝置。該裝置包括一鉆石基材12以及一形成在該鉆石基材12的一結晶表面上，且以嘉晶方式對齊該鉆石基材12 的結晶表面的石墨烯材料14，該石墨烯材料14經配向以致使得實質上全部的石墨烯平面平行于該鉆石基材12的結晶表面。請參閱圖3所示，在再一實施例中，該石墨烯材料14上設置有一半導體材料16。石墨烯層的物理特性，特別是以磊晶方式被結合至鉆石時，會使石墨烯層成為一種能與多種裝置整合的有益材料。數種裝置與用途皆納入考慮，且下列的實例不應視為限制。例如，在一實施例中，石墨烯的高電子移動率使其作為一積體電路的組件與各種不同積體電路的元件是有用的。在另一實施例中，石墨烯可用以作為一偵測單一分子或是多分子 (包括氣體)的感測器。石墨烯層的二維結構能有效地將石墨烯材料的整體體積暴露至一周圍環境中，使其成為一種偵測分子的有效材料。此種分子偵測可以間接的方式量測當一氣體吸附至石墨烯的表面時，在吸附位置會感受到電阻的局部變化。由于石墨烯具有高電子傳導力與低雜訊的特性，而使得電阻變化變成可偵測的，因此石墨烯為作為一種偵測的有用材料。在另一實施例中，石墨烯層可用以作為一表面聲波濾波器，在此實例中，由于該石墨烯材料的共振效應，一電壓信號可以被傳遞。在又一實施例中，石墨烯可作為一壓力感測器。在再一實施例中，石墨烯層可作為用于發光二極管、液晶顯示器以及太陽能板等的的透明電極。
因此，相比于以往所述可能的磊晶，該石墨烯可允許一介于熱能散熱的鉆石基材(thermal heat spreading diamond substrate)以及電性活化的半導體材料 (electrically active semiconductor materials)之間具有較佳的嘉晶。在一具體的實例中，形成在鉆石基材的(111)面上的石墨烯將以磊晶方式與一鋅礦結構的氮化物發光二極管(nitride LEDs)相容,該石墨烯材料以嘉晶方式結合至該鉆石基材,并且也允許氮化鎵嘉晶沉積在其上方。因此，由于熱能整合鉆石基材(thermally integrated dimond substrate)的緣故，在石墨烯材料上形成氮化物發光二極管(例如氮化鎵)可導致一發光二極管具有良好的冷卻性質。所述的發光二極管可在較高的操作溫度下和/或操作較長一段的時間也不會失敗。一紫外光發光二極管也可通過在能隙約為6電子伏特m的石墨烯上沉積氮化硼或氮化鋁而形成。除了發光二極管裝置，該鉆石-石墨烯基材可整合于一分子感測器、液晶顯示器、太陽能板、壓力感測器、表面聲波濾波器、共振器、信號傳輸器、 信號接收器及其類似物。取決于該電子裝置的性質以及預定的結果，該石墨烯材料上可沉積各種不同種半導體材料。該半導體材料的非限制性的實例包括硅、碳化硅、硅鍺、砷化鎵、氮化鎵、鍺、硫化鋅、磷化鎵、鋪化鎵、砷磷化鎵銦、磷化招、砷化招、砷化招鎵、氮化鎵、氮化硼、氮化招、砷化銦、磷化銦、銻化銦、氮化銦及其等的混合物。在一較具體的實施例中，該半導體材料包括氮化鎵、氮化鋁、氮化銦及其等的混合物。在一些實施例中，該石墨烯層上可沉積一六方氮化硼層(hBN layer)。更多有關于石墨烯裝置以及石墨烯/六方氮化硼裝置的信息可從申請日為2010年11月29日的美國專利申請案第12/955，505號，以及申請日為2010年I月 26日的美國暫時專利申請案第61/298，458號中得知，且上述所列的兩篇專利號碼均為作為本案的參考資料。在本發明的一些實施例中，石墨烯層可摻雜有許多種摻雜物。摻雜物可用以改變一石墨烯層的物理性質，和/或可用以改變石墨烯層間的物理作用力。所述的摻雜可發生在石墨烯形成的期間，通過加入一摻雜物至該金屬合金或是鉆石基材中，或者，也可在形成有石墨烯層之后，才在層內沉積該摻雜物。舉例來說，通過摻雜硼可形成一P型半導體。多種摻雜物可用以摻雜該石墨烯層，具體非限制性的實例可包括硼、磷、氮及其等的組合物。為了在層中形成電路，也可利用摻雜改變石墨烯層中特定區域的電子移動率，所述的特定點摻雜(site specific doping)可允許在一石墨烯層中成型一電子電路。進一步的，當石墨烯層具有一高的電子移動率時，成堆的石墨烯層間的導電性將較為受到限制。 通過摻雜金屬原子或是其他具導電性的材料，可以提升堆迭的層之間的電子移動率。應了解的是，上述內容僅供說明本發明原理的應用。在不違背本發明范圍及精神的前提下，本發明所屬技術領域具有技術人員可做出的多種修改及不同的安排，且權利要求則意圖涵蓋這些修改與不同的安排。因此，當本發明中目前被視為是最實用且優選的實施例的細節已被揭露如上時，對于本發明所屬技術領域技術人員而言，可顯而易知的依據本文中所提出的概念與原則來作出而不受限于多種包含了尺寸、材料、外形、形態、功能、操作方法、組裝及使用上的改變。
權利要求
1.一種在鉆石基材上形成石墨烯的方法，其包含涂布一金屬層至一鉆石基材的一結晶面；以及在真空下加熱所述鉆石基材，以將位于所述結晶面的一部分鉆石基材轉變為石墨烯。
2.如權利要求I所述的在鉆石基材上形成石墨烯的方法，其中所述金屬層僅涂布在具有相同結晶配向的鉆石基材面上。
3.如權利要求I所述的在鉆石基材上形成石墨烯的方法，其中所述金屬層僅涂布在所述鉆石基材的一單一結晶面。
4.如權利要求I所述的在鉆石基材上形成石墨烯的方法，其還包括使所述石墨烯由所述鉆石基材脫離。
5.如權利要求I所述的在鉆石基材上形成石墨烯的方法，其中所述結晶面為一(111)面。
6.如權利要求I所述的在鉆石基材上形成石墨烯的方法，其中所述鉆石基材加熱至介于大約600°C及大約1400°C之間的溫度。
7.如權利要求I所述的在鉆石基材上形成石墨烯的方法，其中所述真空為大約10_4托耳至大約10_6托耳。
8.如權利要求I所述的在鉆石基材上形成石墨烯的方法，其中所述金屬層為金屬合金。
9.如權利要求8所述的在鉆石基材上形成石墨烯的方法，其中所述金屬合金包括一物質，所述物質選自下列所構成的群組鐵、鎳、鈷及其等的組合物。
10.如權利要求8所述的在鉆石基材上形成石墨烯的方法，其中所述金屬合金包括一物質，所述物質選自下列所構成的群組銅、鋅及其等的組合物。
11.如權利要求I所述的在鉆石基材上形成石墨烯的方法，其中將位于所述結晶面的一部分鉆石基材轉變為石墨烯包括通過麻田散體變態轉變所述部分的所述鉆石基材。
12.如權利要求I所述的在鉆石基材上形成石墨烯的方法，其中所述鉆石基材為一納米鉆石。
13.如權利要求I所述的在鉆石基材上形成石墨烯的方法，其中所述鉆石基材與所述石墨烯之間維持有一磊晶關系。
14.如權利要求13所述的在鉆石基材上形成石墨烯的方法，其還包括在一氫氣氣氛下加熱所述鉆石基材至大于或等于700°C的溫度，以氣化未磊晶的碳原子。
15.如權利要求I所述的在鉆石基材上形成石墨烯的方法，其還包括在所述石墨烯上以磊晶方式沉積一半導體材料。
16.一鉆石-石墨烯裝置，其包含一鉆石基材；以及一石墨烯材料，其形成在所述鉆石基材的一結晶表面上，且所述石墨烯材料以磊晶方式對齊所述鉆石基材的結晶表面，其中所述石墨烯材料經配向，以致使得實質上全部的石墨烯平面平行于所述結晶表面。
17.如權利要求16所述的鉆石-石墨烯裝置，其中所述石墨烯材料由一部分的鉆石基材所形成。
18.如權利要求16所述的鉆石-石墨烯裝置，其中所述石墨烯材料形成在所述鉆石基材的一(111)面上。
19.如權利要求16所述的鉆石-石墨烯裝置，其還包括一半導體材料，其為磊晶設置在所述石墨稀材料上。
20.如權利要求19所述的鉆石-石墨烯裝置，其中所述半導體材料包含一物質，所述物質選自硅、碳化硅、硅鍺、砷化鎵、氮化鎵、鍺、硫化鋅、磷化鎵、銻化鎵、砷磷化鎵銦、磷化鋁、砷化鋁、砷化鋁鎵、氮化鎵、氮化硼、氮化鋁、砷化銦、磷化銦、銻化銦、氮化銦及其等的混合物。
21.如權利要求19所述的鉆石-石墨烯裝置，其中所述半導體材料包含一物質，所述物質選自氮化鎵、氮化鋁、氮化銦及其等的混合物。
22.如權利要求16所述的鉆石-石墨烯裝置，其中所述裝置整合在一裝置中，所述裝置選自分子感測器、發光二極管、液晶顯示器、太陽能板、壓力感測器、表面聲波濾波器、共振器及其等的組合物。
23.—種鉆石-石墨烯裝置，其是由如權利要求I所述的方法所制得。
24.一種在鉆石基材上形成石墨烯的方法，其包含在真空下在一氫氣氣氛中加熱一鉆石基材，以將位于一(100)結晶面的一部分鉆石基材轉變為石墨烯。
全文摘要
本發明公開了一種鉆石裝置上的石墨烯及其相關方法。例如，一方面，提供一種在鉆石基材上形成石墨烯的方法，該方法可包括涂布一金屬層至鉆石基材的結晶面；以及在真空下加熱該鉆石基材，以將位于結晶面的一部分鉆石基材轉變為石墨烯。另一方面，金屬層僅涂布在具有相同結晶配向的鉆石基材面上。又一方面，該金屬層僅涂布在該鉆石基材的單一結晶面。此外，再一方面，將位于結晶面的一部分鉆石基材轉變為石墨烯包括通過一麻田散體變態轉變該部分的鉆石基材。
文檔編號C01B31/00GK102583327SQ20121000831
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月12日 優先權日2011年1月13日
發明者宋健民 申請人:宋健民