石墨烯与六方氮化硼薄片及其相关方法

专利名称：石墨烯与六方氮化硼薄片及其相关方法
技术领域：
本发明是关于石墨烯与六方氮化硼薄片及其相关方法。因此，本发明涉及化学以及材料科学领域。
背景技术：
石墨烯通常被定义为单一原子厚度具有sp2键结的碳原子的平板，该等碳原子是紧密堆栈成具有蜂巢结晶晶格的苯环的结构。此二维材料在层状结构的平面呈现高电子稳定性以及优异的导热性，于多数彼此相互平行堆栈的层状石墨烯是由石墨所组成。石墨烯广泛地使用于描述很多碳基材料(包括石墨、大型富勒烯、纳米管等)的特性，例如，碳纳米管可为石墨烯卷起形成纳米尺寸的圆柱体。再者，平面石墨烯本身已经被推定为不存在于游离态(free state)，且对于弯曲结构(如炭灰(soot)、富勒烯、纳米管等)的形成是不稳定的。目前已有人尝试结合石墨烯于电子装置(如晶体管)中，然而这样的尝试通常因为与具有适合结合到这种装置中的适合尺寸的高质量石墨烯层的制造有关的问题而无法成功。产生石墨烯层的一种技术涉及将石墨烯从高定向热解石墨撕下，使用这种方法，只会产生小片体，它们通常太小以至于无法使用在电子应用中。

发明内容
因此，本发明提供石墨烯和六方氮化硼层及其相关方法。举例而言，在一方面中是提供一种形成石墨层的方法。此方法包含在真空状态下加热一固态基材到达一溶解温度 (solubilizing temperature)，该溶解温度低于该固态基材的熔点；将来自一石墨来源的碳原子溶解于该被加热的固态基材之中；以及以一充足的速率冷却该被加热的固态基材以使得该溶解的碳原子形成一石墨层到该固态基材的至少一表面上。所形成的石墨层大致上不包含有晶格缺陷。在一方面，该方法可近一步包含自该固态基材上移除该石墨层。可根据本发明各方面而考虑使用各种固态金属基材来制造石墨层。在一方面，固态金属基材的例子包含而不受限于铬(Cr)、锰(Mn)、铁0 )、钴(Co)、镍(Ni)、钽(Ta)、钯 (Pd)、钼(Pt)、镧(La)、铺(Ce)、铕(Eu)、铱(Ir)、钌(Ru)、铑(Mi)、其合金以及其结合物。 在一特定方面，该固态金属基材可包含镍。此外，该固态基材可包含一大致上较少活性的材料以调整碳原子在固态金属基材之中的溶解度。可考虑各种大致上较少活性的材料，且任何兼容于固态金属基材且能够调整碳溶解度的这类材料均被视为在本发明的范畴内。该大致上较少活性材料的例子包含而不受限于金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、铅(1 )、锡(Sn)、锌(Si)、其结合物以及其合金。在一方面，该大致上较少活性的材料可包含铜。在另一方面，该固态金属基材包含一第一金属层以及一第二金属层，其中该第一金属层能够用来溶解碳原子，且该第二金属层能够用来调整碳原子溶解度。因此，在某些方面之中，该第二金属层相较第一金属层而言，包含较大比例的大致上较少活性的材料。在制造石墨烯层时可使用不同的溶解温度，且可根据所使用的固态金属基材以及所要产出的石墨烯层的特性来改变此溶解温度。在一方面，该固态金属基材是镍，且该溶解温度是由大约500°c到大约1450°C。在另一方面，该固态金属基材是镍，且该溶解温度是由大约500°C到大约1000°C。在又另一方面，该固态金属基材是镍，且该溶解温度是由大约 700°C到大约800°C。此外，可根据该固态金属基材的材料以及所要产出的石墨烯层的特性来改变固态金属基材的冷却速率。在一方面，该冷却速率是由大约1°C /每秒到20°C /每秒。在本发明另一方面，一形成石墨层的方法可包含将一固态金属基材设置在一支撑基材上且连接一石墨碳来源到该固态金属基材。该方法可进一步包含在真空状态下加热该固态金属基材到达一溶解温度，该溶解温度低于该固态金属基材的熔点；以及将石墨来源中的碳原子溶解到该被加热的固态金属基材之中。接着可以一充足的速率来冷却该被加热的固态金属基材以由被溶解的碳原子形成一石墨层在该固态金属基材的至少一表面上，其中该石墨层大致上不具有晶格缺陷。在一方面，连接该石墨碳来源到该固态金属基材的步骤包含将该石墨碳来源设置在该支撑基材与该固态金属基材之间。在另一方面，连接该石墨碳来源到该固态金属基材的步骤包含将该石墨碳来源到该固态金属基材的一表面上且相对该支撑基材。本发明亦提供根据本发明方法所制造的石墨烯层。在此例子中，石墨烯层可以预设的尺寸和形状而制造。这些石墨烯层可应用于各种装置上。前述装置可包含而不受限于分子传感器、发光二极管、液晶显示器、太阳能板、压力传感器、表面声波滤波器 (SAWfilter)、共鸣器、晶体管、电容器；透明电极、紫外线雷射(UV laser)、DNA芯片等等。现在仅概括性且较广地描述出本发明的各种特征，因此在接下来的详细说明中可更进一步地理解，并且在本领域所做的贡献可能会有更佳的领会，而本发明的其它特征将会从所载的详细说明及其附图和权利要求中变得更为清晰，也可能在实行本发明时得知。


图1是本发明一实施例的石墨烯晶格的示意图；图2是本发明另一实施例的模具总成的剖面图；图3是本发明又一实施例的石墨烯层的显微照片；图4是本发明再一实施例的石墨烯层的显微照片；图5是本发明又另一实施例的石墨烯层的显微照片；图6是本发明另一实施例的石墨烯层的显微照片；图7是本发明又另一实施例的模具总成的剖面图。
具体实施例方式以下配合图式及本发明的较佳实施例，进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段。定义以下是在本发明的说明及专利范围中所出现的专有名词的定义。文中所使用的单数型态字眼如“一”和“该”，除非在上下文中清楚明白的指示为单数，不然这些单数型态的先行词亦包括多数对象，因此例如“一颗粒”包括一个或多个这样的颗粒；“该材料”包括一个或多个这种材料。在此所述的“石墨化程度(degree of graphitization) ”是指石墨的比例，其具有理论上相隔3. 354埃(angstrom)的石墨平面(graphene plane)，因此，石墨化的程度为1 是指100%的石墨具有底面的石墨平面间距(Clftltice))为3. 3M埃的碳原子六角形网状结构。 较高的石墨化程度是指较小的石墨平面间距。石墨化程度(G)能利用式1来计算。G= (3. 440-d(0002))/(3. 440-3. 354) (1)相反地，d(_2)能根据G而使用式2计算而得。d(_2) = 3. 354+0. 086 (I-G) (2)根据式1，3. 440埃是非晶碳(Le = 5θΑ)底面的间隔，而3. 354埃是纯石墨(Lc = 1000A)的间隔，纯石墨是可通过在3000°C以一延长的时间(如12小时)烧结可石墨化的碳。较高程度的石墨化对应于较大的结晶尺寸，其是通过底面(La)的尺寸和堆栈层(L。)的尺寸所表征。需注意该尺寸参数是反比于底面的间隔。一“高度石墨化”是依照所使用的材料，但通常是指石墨化的程度等于或大于约0. 8。在一些实施例中，高程度的石墨化是指大于约0. 85的石墨化程度。文中所使用的“石墨层”用词是指多数堆栈的石墨烯层。文中所使用的“大致上较小活性(substantially less-reactive) ”是指不会显著地与石墨烯材料反应和化学键结的元素或元素的混合物。大致上较小活性的元素的范例可包括但不限制在金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、铅(Pb)、锡(Sn)、锌(Zn)及其混合物。文中所使用“大致上(substantially)”是指步骤、特性、性质、状态、结构、项目或结果的完全、接近完全的范围或程度。例如，一“大致上”被包覆的物体是指该物体完全被包覆或几乎完全被包覆。而离绝对完全确实可允许的偏差可在不同情况下依照特定上下文来决定。然而，通常来说接近完全就如同获得绝对或完整的完全具有相同的总体结果。所用的“大致上地”在当使用于负面含意亦同等适用，以表示完全或接近完全缺乏步骤、特性、性质、状态、结构、项目或结果。举例来说，一“大致上没有(substantiallyfree of)”颗粒的组成可为完全缺乏颗粒，或者非常近乎完全缺乏颗粒，而其影响会如同完全缺乏颗粒一样。 换句话说，一“大致上没有” 一成分或元素的组成只要在所关注的特性上没有可测量到的影响，可实际上依然包含这样的物质。文中所使用的“大约(about) ”是通过提供可能比端点“高一些(a little above) ” 或“低一些(a little below)”的数值而提供数值范围端点的弹性。文中所使用的多数个物品、结构组件、组成元素和/或材料，基于方便可出现在一般的常见列举中，然而这些列举可解释为列举中的单一构件单独或个别地被定义，因此，这样列举中的单一构件不能视为任何单独基于在一般族群中无相反表示的解释的相同列举中实际上相等的其它构件。浓度、数量以及其它数值上的数据可是以范围的形式来加以呈现或表示，而需要了解的是这种范围形式的使用仅基于方便性以及简洁，因此在解释时，应具有相当的弹性， 不仅包括在范围中明确显示出来以作为限制的数值，同时亦可包含所有个别的数值以及在数值范围中的次范围，如同每一个数值以及次范围被明确地引述出来一般。例如一个数值范围“约1微米到约5微米”应该解释成不仅仅包括明确引述出来的约1到约5，同时还包括在此指定范围内的每一个数值以及次范围，因此，包含在此一数值范围中的每一个数值， 例如2、3及4，或例如1-3、2-4以及3-5的次范围等，以及个别的1、2、3、4和5。此相同原则适用在仅有引述一数值的范围中，再者，这样的说明应该能应用于无论是一范围的幅度或所述的特征中。发明本发明是有关于新颖的石墨烯以及六方氮化硼层及其相关方法；进一步而言，其是有关于制造包含主要以Sp2键结排列而成的原子的材料以及材料层的方法以及这种材料。已经知道的是石墨烯层可被制成具有足够用于很多电子应用的尺寸，石墨烯层为具有 SP2键结碳且具单一原子厚度的平板，且如图1所示，其是紧密堆栈成具有蜂巢结晶晶格的苯环的结构。在石墨烯中的碳-碳键结长度大约为1.45埃(A)，比钻石的长度L54A短。石墨烯是其它石墨材料的基本结构元素，该石墨材料包括石墨、碳纳米管、富勒烯等。应该注意的是在本发明的方面中“石墨烯”的用语包括有关单一原子层的石墨烯以及多数层堆栈的石墨烯。应注意的是“石墨层”用词可用于形容多数层堆栈的石墨烯。极佳的石墨烯仅单单由六方晶体所组成，且任何在石墨烯内的五角形或七角形晶体都会构成缺陷，这种缺陷改变该石墨烯层平坦的性质。例如，单一五角形晶体会使得平板弯曲(warp)成圆椎状，当12个五角形晶体于适当的位置时会产生平坦的富勒烯。同样地， 单一的七角形晶体会将平板弯曲成鞍状(saddle-shape)。石墨烯平板的弯曲倾向于降低电子稳定性以及热导性，且因此不利于使用在这些性质为重要的应用上。如上所述，已经证明能大到足以使用于很多电子或其它应用的高质量石墨烯层 (或石墨层)是很难获得的。而使用熔融溶剂或是一固态金属基材料能够产生此高质量的石墨烯层。在熔融溶剂的例子中，该等材料形成熔融溶剂而作为触媒以有助于多数石墨烯片体的烧结和/或形成。例如在一方面中，本发明提供一种形成石墨烯层的方法，这种方法可包括混合碳源与一水平定向的熔融溶剂；从该熔融溶剂中沉淀碳源以形成遍及于该熔融溶剂的一石墨层；以及将该石墨层分隔成多数石墨烯层。在一些方面中，碳源的加热以及沉淀是于真空状态中完成以减少污染。许多混合碳源和熔融溶剂的方法都能考虑。在一些情形中，该碳源是与已经呈熔融状态的熔融溶剂混合；在其它情形中，该碳源是结合于之后才会呈现熔融状态的溶剂材料。例如在一方面中，混合碳源和该熔融溶剂包括提供该碳源至一固化的溶剂层，并在真空环境下加热该固化的溶剂层以熔融该固化的溶剂层成为一熔融溶剂，而让该熔融溶剂和碳源的碳原子形成一共熔(eutectic)液体，将该熔融溶剂和碳源接着会保持在共熔液体的状态，而让石墨层形成而大致上遍及于整个熔融溶剂。在另一方面中，甲烷会被热解 (pyrolyze)而在溅镀于氧化铝基板上的镍上形成石墨，之后加热镍以液化，而石墨中的碳原子会重新排列而形成石墨烯。
在一方面中，石墨烯能通过碳从在熔融溶剂的碳的过饱和溶液中出溶 (exsolution)所形成的，在这种情况下，该溶剂液体具有过饱和的碳材料，冷却该液体以使得碳开始出溶成凝析石墨(kish graphite)，该凝析石墨会浮在该熔融溶剂的顶部表面，且会相互修补(mend)而形成高质量石墨烯，能施加震动至该熔融溶剂以帮助石墨片的修补， 这种工艺能够使碳原子在过饱和熔融溶剂中有效扩散，因此能轻易地沉淀在石墨片体“岛屿(islands)”的边缘。具有六方键结排列的碳原子是非常稳定的，因此不会轻易溶解于该熔融溶剂中，另一方面，这种结构的边缘包括会与溶质原子(如镍原子)反应的晃动键 (dangling bond)，因此，在边缘的溶解和沉淀反应是可逆的，使得溶质原子通过键结和溶解而重复循环，直到与碳原子键结，而在该片体的边缘周围生长，若温度能够控制在接近平衡状态或者若温度能循环而移除利于六方键结碳的不稳定碳原子以及溶质原子则能改善此程序。在一些方面中，能够使用蚀刻剂(etchant)来移除碳原子，且在一些情形中是移除不符合石墨烯晶格的较大碳分子，这种蚀刻剂包括但不限制在氢(H)、氧(0)、氮(N)、氟 (F)、氯(Cl)以及其混合物。除此之外，能施加甲烷而遍及于整个表面作为补充碳源，并且有助于修补该等石墨烯片体而成为一至少大致上连续的层状结构。在一方面中，蚀刻剂和甲烷能够随时间而循环以修补该等石墨烯片体而成为一至少大致上连续的层状结构。再者，通过修补时控制在表面的漂浮石墨烯的数量能促进石墨烯层的质量，太多石墨烯会在所形成的层状结构中产生无法修补的间隙，而太少的石墨烯会显著地降低产率。更特别的是如图2所示，一高度石墨化的石墨12的薄层能够散布(spread)遍及于位于模具16中固化的熔融溶剂层14，该高度石墨化的石墨包括天然石墨。在很多情形中，使用石墨材料作为模具是有益的，然而，其它材料也同样可以使用，且能为所属领域的一般技术人员所熟知。另外，在一方面中，该高度石墨化的石墨的薄层可具有小于约40nm 的厚度；在另一方面中，该薄层可具有小于约20nm的厚度。同样重要而值得注意的是当高度石墨化的石墨高度纯化时能够得到较佳的结果，例如，各种石墨中的杂质(如氧和氮)能够利用如在高温中进行加氯消毒处理(chlorination treatment)而被移除。此外，非限制性的高度石墨化的石墨的范例包括热解石墨(pyrolitic graphite)、溅镀石墨(sputtered graphite)、天然石墨(natural graphite)等。在一方面中，该石墨的石墨化程度是约大于 0. 80 ；在另一方面中，该石墨的石墨化程度是约大于0. 90 ；在又一方面中，该石墨的石墨化程度是约大于0. 95。在石墨散布于该固化的溶剂层之后，该模具总成能在真空炉中加热而熔融溶剂材料而成一熔融溶剂，在熔融时，该溶剂和该石墨形成共熔液体，例如，若该溶剂为镍，镍-碳共熔液体会沿着该熔融溶剂表面和该高度石墨化的石墨间的边界而形成；接着，该熔融溶剂有助于将从高度石墨化的石墨制成的石墨烯片体彼此修补在一起而成为连续性石墨烯层。该熔融溶剂是由任何能够用于催化石墨烯的形成的材料所组成；例如在一方面中，该熔融溶剂可包括铬(Cr)、锰(Mn)、铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、钽(Ta)、钯(Pd)、钼(Pt)、镧(La)、 铈(Ce)、铕(Eu)及其相关合金和混合物。在一特定方面中，该熔融溶剂可包括镍。在另一特定方面中，该熔融溶剂可大致上由镍所组成。在又一特定方面中，该熔融溶剂可由镍或镍合金所组成或大致上由镍或镍合金所组成。在一特定方面中，该熔融溶剂包括铁、镍和钴。 在一方面中，该熔融溶剂刚开始是粉末状材料而与石墨材料接触；在另一方面中，该固化的溶剂可为在石墨所要沉积之处上的一硬表面，该石墨是以各种方法施加于这种表面，包括干粉法(dry powders)、泥浆法(slurries)、溅镀等等。在一些情况下，所形成的石墨烯层会因为溶剂(如带有碳的镍)的活性而损伤，例如，碳化物键结会在该熔融溶剂和石墨材料之间的界面产生，此键结的强度会导致石墨烯在从该熔融溶剂表面移除时弯曲(buckle)和/或撕裂(tear)，因此，在一些方面中，大致上较小活性的化合物或材料能包含在该熔融溶剂，以减少具有石墨的熔融溶剂的活性，因此， 该熔融溶剂活性的减少能够降低沿着界面形成的碳化物的量，因而有助于重新获得具有最小撕裂损害的石墨烯。任何能够降低该熔融溶剂之活性而让石墨烯形成于该熔融溶剂之上的材料是被视为本发明的范畴。在一方面中，该大致上较小活性的化合物可包括如金、银、铜、铅、锡、锌的元素及其元素的组合或合金。在一特定方面中，该大致上较小活性的化合物为铜。在又一特定实施例中，镍-铜合金可用于触媒表面，对于这种合金而言，由于空的3d轨道的缘故所以熔融镍能够溶解石墨，而熔融铜因着其3d轨道已经被占满的所以无法溶解石墨，镍铜是一种具有能在铜熔点1084°C至镍熔点1455°C间调整熔点的合金，因此镍铜合金能够用于使在液态合金和石墨片之间的活性最佳化，此活性不会强大到形成碳化物，但足以在石墨烯中移动碳原子，以轻推(nudge)等碳原子至平衡位置，也就是能量最小的位置。在另一方面中，能够使用铜-锰合金，其是因为铜和锰能完全溶混(miscible)，而使得熔点下降， 其在锰含量为34. 5wt%时仅有873 °C。因此石墨烯的制作是依照石墨烯和液态金属之间独特的安排(unique mapping) 而让石墨烯平板生长，并减少因触媒反应而不稳定的缺陷位置。除此之外，重的熔融液体 (密度接近9g/cc)能作为易碎的石墨烯(密度为2.5g/cc)的铁板(iron plane)，在此情形中，流体静力学的平衡能通过漂浮而保持石墨平板的大面积，为了帮助有缺陷的碳原子移动，可提供超音波震动以帮助烧结程序以及晶粒粗化生长；接着通过能让显著的晶粒不致形成或变形(buckle)该已经形成的石墨烯的方法冷却该熔融液体，通过保持温度梯度能够达成，并避免对流以及非常慢的顶部冷却。并无意图要结合任何特定的理论，但相信溶剂材料能催化石墨烯层的形成，因为溶剂原子的尺寸比碳原子尺寸大得多，该触媒材料空的d轨道能够“轻推(nudge) ”或引导碳原子几乎进入碳的正确位置而形成石墨烯网状结构，此交互作用并不足够强到形成碳化物，但是却足够强到使碳原子移动，因此溶剂液体是作为定为碳原子的模板以形成六方石墨烯网状结构，当该等网状结构形成，若有任何晶界则很多石墨烯层堆栈而产生一些晶界， 应该了解的是许多石墨烯堆栈体，所产生的石墨烯层越远离触媒表面，则越容易开始产生晶界。例如液态镍能够在石墨烯形成时排列石墨烯层中任何其它的原子，该液态模板的流动性质会环绕式地(around)轻推石墨原子，以修补石墨片之间的界面，其它仍有很多关于自动修补石墨修补片段(patch)的自组机制的细微细节，必须在石墨烯上有两个不同的碳原子区域，虽然独立的石墨烯平板采用六角形图案，但多数石墨层会稍微弯曲(buckled) 而具有阿法(alpha)区和贝塔(beta)区。石墨烯平板只要有其它原子(阿法区)对齐于整体平板后才会移动而对齐，其它大半部分的原子则位于邻近六角形的中央。由于阿法区是以凡得瓦耳力所键结，所以晃动的电子太微弱而无法与镍原子交互作用，只有贝塔区的碳原子能够受到镍的3d轨道的空位(vacancies)所吸引，此意味着石墨烯修补片段必须朝向有关的镍原子，在本质上，其会轻推石墨片而遍及于镍表面。能通过以上所述的熔融溶剂的催化效果而减少任何在石墨烯层的晶界，因此形成较大区域、高质量的石墨烯层，且若有任何晶界存在的话则具有极少的晶界。在一些方面中，该石墨烯能大致上缺乏晶界或完全无晶界。所形成的石墨烯层常常大致上与供其形成于其上的表面有相同的尺寸。该熔融触媒表面准确的水平定向能因此有助于具有高平坦度的石墨烯层的形成。值得注意的是，此程序能用以成形单一原子厚度的石墨烯层，或者一具有多数个别的石墨烯层平行堆栈的石墨烯层或平板。在后述的情形中，石墨烯层的堆栈因着多数石墨烯层大致上不具有结构性的晶界而具有高电子移动性以及高热导性。在一些情形中是形成该石墨的薄层，且能分隔成为多数石墨烯层。模具总成的温度所能被提高的程度依照溶剂的性质以及石墨烯产物所欲达到的特性而决定。然而在一方面中，该模具总成是被加热至大于约1000°c;在另一方面中，该模具总成是被加热至大于约1300°c ；在又一方面中，该模具总成是被加热至大于约1500°C。 同样地，石墨烯能在各种压力中被制造，例如在一方面中，真空炉中的压力是小于约5托耳 (Torr)；在另一方面中，真空炉中的压力是从约10_3至约10_6托耳。在石墨烯层形成之后，冷却该模具总成以有助于石墨烯产物的移除。在一些方面中，均勻冷却该表面以维持表面的平坦度是有帮助的。在一方面中，这种冷却能够通过将热从溶剂表面之下传导出来，并维持溶剂表面之上的热在高温中而完成；一旦溶剂冷却，石墨烯层可从表面撕下，石墨烯能够以单层状或多层状从表面撕下，由于在层状结构之间有 3. 35埃(A)的间隔，所以能够产生这种撕下的动作。根据溶剂表面的尺寸，石墨烯层能够持续地被撕下并能够卷绕于一滚动条状装置。图3到图6显示己在此所述的石墨烯的显微照片。图3显示形成于其上具有皱折纹路的石墨层，如所述的，石墨烯层能够从此石墨层分隔。如图4所示，放大的皱折纹路显示石墨层为连续的且无大致上破裂。图5显示石墨层的可挠性，图6显示在露出的石墨烯层表面微生物(microbe)的密度分布，在石墨烯层上的微生物能通过加热至约50°C而被移除。此为可逆反应，因此该等石墨烯层能作为微生物的感应器。如上所述，在一些情形中，石墨烯层能够从形成于溶剂表面的厚的石墨层所分隔出来。各种分隔该等石墨烯层的方法都有可能，其皆包含于本发明的范畴中。在一方面中， 该石墨层能在硫酸中加热，硫原子的插入能够将该石墨烯层分隔成多数石墨烯层，之后各石墨烯层能够被纯化(例如在高温下的氢气或卤素环境中)而移除杂质和/或缺陷。在本发明另一方面中，能够使用气化程序而消除缺陷，因为在石墨烯中的缺陷和晶界是不稳定的，位于末端位子的碳原子是倾向于被溶解，而在石墨烯网状结构中的碳原子则相对稳定。引入加热后的氧气或蒸气遍及于石墨烯层的表面能够引起欲晶界有关的不稳定的碳原子气化成一氧化碳(CO)或二氧化碳(CO2),通过控制COAD2比例(分压)，碳原子能够从缺陷位置被移除，并且以各种方式生长至石墨烯片体中。除了氧之外，卤素气体 (如氟和氯)也能使用。石墨烯层能够另外以含碳气体(例如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等)的热分解的方式生长，这种方式能够使用于生长高质量石墨烯，因为碳的溶解度受到控制而避免碳的过饱和以及快速且不受控制的生长。因此，能够添加含碳气体(如co/co2)的混合物，且一氧化碳和二氧化碳的分压能够不同，以控制碳在熔融溶剂中碳的浓度，藉此使所产生之石墨烯层中的缺陷最小化。亦可使用固态金属基材来制造石墨烯层。在一方面，举例而言，一形成石墨层(或石墨烯层)的方法包含在真空状态下加热一固态基材到达一溶解温度 (solubilizingtemperature)，该溶解温度低于该固态金属基材的熔点；以及将来自一石墨来源的碳原子溶解于该被加热的固态金属基材之中。通过加热该固态金属基材可增加该石墨来源中的碳原子在该固态金属基材中的溶解度，藉此能使碳原子移动到该金属之中。该方法可进一步包含以一充分的速率来冷却该被加热的固态金属基材达以使得该溶解的碳原子形成一石墨层到该固态金属基材的任何表面上。前述表面可包含邻接石墨来源的表面以及/或是与石墨来源相对的表面。在形成石墨层后，可由该固态金属基材移除该石墨层。 在某些方面，可在加热以及/或是冷却该固态金属基材时采用真空条件以避免在形成石墨烯时氧化。可考虑各种固态金属基材，且任何这类能够溶解碳原子的固态金属基材均视为在本发明的范畴之中。在一方面，举例而言，该固态金属基材包含了一成分，该成分是选自于铬(Cr)、锰(Mn)、铁 0 )、钴(Co)、镍(Ni)、钽(Ta)、钯(Pd)、钼(Pt)、镧(La)、铺(Ce)、铕 (Eu)、铱(Ir)、钌(Ru)、铑(Rh)、其合金以及其结合物。在一特定方面，该固态金属基材包含
ο在某些方面，可使用一大致上较少活性的材料来调整碳原子在固态金属基材之中的溶解度。该大致上较少活性材料的例子包含而不受限于金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、铅 0 )、锡(Sn)、锌(Si)、其结合以及其合金，如文中先前述。大致上较少活性的材料可以各种不同方式结合到该固态金属基材上以调整碳原子的溶解度。在一方面，举例而言，该大致上较少活性的材料可混合于固态金属基材内。前述举例而言可包括混合物以及合金等等。 在另一方面，该固态金属基材可形成为一多层(multilayer)固态金属基材。举例而言，在一方面，该固态金属基材包含一第一金属层以及一第二金属层，其中该第一金属层是一用来溶解碳原子的固态金属基材材料，且该第二金属层是用来调整碳原子溶解度的大致上较少活性的材料。在一特定的例子中，可结合一镍层到一铜层上。当该加热该复合材料，可将一相邻的石墨来源中的碳原子溶解到该镍层之中。由于碳原子在铜层的溶解度大致上较低，因此碳原子将会主要集中于该镍层之中。相较于熔融溶剂，使用固态金属基材的其中一项益处是该固态金属基材的结构稳定度较熔融液体来的优异。在熔融溶剂的例子之中，一金属材料进行熔融石墨烯形成于该液态金属的表面。当该金属材料经加热并冷却而固化，由于至少一部分表面张力改变而使金属材料表面形状改变。此表面形状改变可导致在金属材料表面上所形成的石墨烯层在某些状况下产生缺陷。透过将碳原子溶解在一加热达一温度的固态金属基材之中且该温度低于该基材熔点，其生长表面的外形与表面配置大致上不会改变，且于某些例子中，可使得石墨烯层有较少的缺陷。因此，该碳原子所溶解时的温度(溶解温度)可根据用于该固态金属基材的材料的不同而改变。任何维持该固态金属基材表面形状而可溶解碳原子的温度均应考虑包含在本发明之范畴内。在一特定方面，该固态金属基材是镍，且该溶解温度是由大约500°C 到大约1450°C。在另一方面，该固态金属基材是镍，且该溶解温度是由大约500°C到大约1000°C。在又另一方面，该固态金属基材是镍，且该溶解温度是由大约700°C到大约800°C。亦可根据固态金属基材以及所形成的石墨烯的性质来改变该固态金属基材的冷却速率。应注意该被加热的固态金属基材可进行主动式或被动式冷却以达到特定的冷却速率。快速的冷却速率相较慢的冷却速率会将碳原子更快地拉出金属基材，此可能导致石墨烯材料有不同的特性或不同的晶格质量。在某些方面，在形成该石墨烯层时，该固态金属基材可被放置在一支撑基材上。该固态金属基材可结合到该支撑基材上或者其仅仅是设置在该支撑基材上。除了提供支撑性，该支撑基材亦可辅助调节热度，特别是冷却的速率。所增加的支撑基材质量，可能配合使用热力调节材料，可使该固态金属基材能够在空间以及时间方面更均勻地冷却。该石墨碳来源可结合在该固态金属基材的各个位置处。在一方面，举例而言，该石墨碳来源可设置在支撑基材以及固态金属基材之间。在此例子之中，石墨烯可形成在该固态金属表面且介于石墨碳来源以及固态金属表面之间；其可透过移动穿过固态金属基材的方式而形成在固态金属基材上且相对石墨碳来源；或是其可同时形成在这些不同表面上。 在另一方面，该石墨碳来源可设置在该固态金属基材的表面上且相对该支撑基材。在此例子中，石墨烯可形成在该固态金属基材上且介于石墨碳来源以及固态金属基材之间；其可透过移动穿过固态金属基材的方式形成在于该固态金属基材料上且相对石墨碳来源，且固态金属基材不结合到该支撑基材上；或者其可同时形成在这些不同表面上。除了石墨以及高度石墨化的石墨，亦可使用钻石材料来作为碳来源以形成石墨烯层以应用于熔融溶剂以及固态金属基材的情况之中，且该钻石可在一低于固态金属基材的熔点的温度下溶解。所使用的钻石材料可包含天然钻石、人造钻石、单晶钻石、多晶钻石、类钻碳(diamond like carbon, DLC)、无晶钻石(amorphous diamond)以及其它类似物。使用此钻石材料的其中一项益处是能产生菱形六面体(rhombohedral)序列(ABCABC....)的石墨烯层而非产生传统ABABAB....的序列。因此，在一方面一形成菱形六面体石墨层的方法可包含混合一钻石来源以及一水平定向的熔融溶剂，且沉淀在该熔融溶剂中的钻石来源以形成一遍布于熔融溶剂中的菱形六面体石墨层。在本发明的一些方面中，石墨烯层能够掺杂各种掺杂物，掺杂物能用以改变石墨烯层的物理性质，和/或其能用以改变在石墨烯层堆栈体的石墨烯层之中的物理交互作用。这种掺杂能在该石墨层形成时通过将掺杂物添加至熔融溶剂中而产生，或者能在石墨层形成之后通过在层状结构中沉积掺杂物而产生。例如通过掺杂硼能够形成P型半导体。 各种掺杂物都能用以掺杂于石墨烯层中，特定非限制性的范例包括硼、磷、氮以及其组合。 掺杂也能用于改变石墨层特定区域的电子移动性，以在层状结构中形成电路，这种区域特定的掺杂能够在一石墨烯层中分布电路图形。再者，当石墨烯层具有高度电子移动性时，于堆栈体中的石墨烯层之间的导电性则会被限制。通过掺杂金属原子或其它导电性材料，在堆栈之层状结构中的电子移动性能够增加。本发明又提供依据在此所述的步骤而制造的石墨烯层，这种层状结构可包括单一石墨烯层或多数石墨烯层的堆栈体；再者，如上所述，本发明方面中的石墨烯层具有高质量的材料，若有任何晶界存在的话则具有极少的晶界，除此之外，石墨烯层能够根据在此所述的各方面所制成，由于石墨烯材料的合成是遍及全部的溶剂或触媒表面，所以其具有比先前可能的方面更大的尺寸，但应了解依据本发明所制造具有任何尺寸的石墨层皆视为在本发明的范畴中，本发明的方法特别符合大面积的石墨烯层，这种层状结构的尺寸需要依照触媒表面的尺寸而各有不同，然而在一特定方面中，石墨层的尺寸能大于约LOmm2 ；在另一方面中，石墨层的尺寸是从约1. Omm2至约IOmm2 ；在又一方面中，石墨层的尺寸是从约IOmm2 至约IOOmm2 ；尚于一方面中，该石墨层的尺寸是大于约IOOmm2 ；另于一方面中，石墨层的尺寸是大于约IOcm2 ；更于一方面中，石墨层的尺寸是大于约IOOcm2 ；又于一方面中，石墨层的尺寸是大于约Im2。石墨烯层的物理特性使其成为一有利于结合至各种装置的材料。能够考虑很多装置和用途，以下的范例不应被视为有任何限制。例如，在一方面中，石墨烯的高电子移动性使其能作为集成电路的组件；在另一方面中，石墨烯能够作为侦测单一或多数分子(包括气体)的传感器，石墨层的2维QD)结构能有效将石墨烯的材料的整体暴露于周遭环境中，因此使其成为侦测分子的有效材料，这种分子侦测能够间接量测，当气体分子吸收于石墨烯的表面，吸收的位置会在电阻方面呈现局部转变。石墨烯是一种对于这种侦测的有利材料，因其高导电性以极低噪声，而导致电阻的改变能被侦测。在另一方面中，石墨层可用于作为表面声波滤波器(SAW filter)，在此情形中，由于石墨烯材料的共振，所以能够传递电压讯号。在又一方面中，能使用石墨烯作为压力传感器。另于一方面中，石墨烯层可用于作为发光二极管(LED)、液晶显示器(LCD)以及太阳能电池板之应用的透明电极。除此之外，石墨烯能够与绝缘材料(例如Mylar )膜共同卷绕以制造电容器。再者，石墨烯能够与绝缘的六方氮化硼共同卷绕以制造绝佳的电容器材料。而且石墨烯铺设于半导体材料(例如硅)上，且经蚀刻而产生电子装置的电子连接线路(electricalintercormect)。本发明又提供六方氮化硼层以及相关方法。例如在一方面中是提供一种形成六方氮化硼层的方法，这种方法可包括混合氮化硼源和水平定向的熔融溶剂，并且从该熔融溶剂中沉淀该氮化硼源以形成遍及于该熔融溶剂的六方氮化硼层。在一方面中，混合氮化硼源和熔融溶剂包括提供该氮化硼源至一固化的溶剂层，并在氮气环境下加热该固化的溶剂层以熔融该固化的溶剂层成为一熔融溶剂，而让该熔融溶剂以及从氮化硼源而来的硼与氮原子形成一共熔(eutectic)液体。在另一方面中，从该熔融溶剂中沉淀该氮化硼源包括保持该熔融溶剂和氮化硼源在共熔液体的状态，而让六方氮化硼层形成而大致上遍及于整个熔融溶剂。更特定的是显示于图7，一氮化硼源薄层(例如薄片32)能够分散于在模具36中固化的熔融溶剂层34上。在很多情形中，使用氮化硼材料作为模具是有利的，但是其它材料也一样有用，且于所属领域的一般技术人员所能知悉的。除此之外，在一方面中，氮化硼源薄层可具有小于约40nm的厚度；在另一方面中，氮化硼源薄层可具有小于约20nm的厚度。在将氮化硼分散于该固化的熔融溶剂层之后，模具总成会在具有氮气环境的锅炉中被加热以熔化该溶剂层。该氮气环境用于阻止从氮化硼形成的氮蒸气，再者，在熔融金属中氮的溶解度是远低于硼，氮的溶解度能够通过添加氮吸收剂(例如镍、钴、铁、钨、锰、钼、 铬及其组合物)而增加，通过增加氮的溶解度，能够增加层状结构的生长率，并减少缺陷的
也/又。因此该触媒表面有助于将六方氮化硼薄片从氮化硼源修补为连续性六方氮化硼。 该熔融触媒是由任何能催化连续的六方氮化硼层形成的材料。例如在一方面中，该熔融触媒包括锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、铷(Rb)、铍(Be)、镁(Mg)、钙(Ca)、锶(Sr)、钡(Ba)、氢化锂 (LiH)、氮化锂(Li3N)、氮化钠(Na3N)、氮化镁(Mg3N2)、氮化钙(Ca3N3)及其合金和组合物；在一特定方面中，该触媒表面包含氮化锂；在另一特定方面中，该触媒表面大致上由氮化锂所组成。在又一特定方面中，氢化锂能使用作为熔融溶剂。任何在六方氮化硼层中的晶界能通过熔融溶剂的催化效果而减少，因此形成大面积、高质量的六方氮化硼层，若有任何晶界存在的话则具有极少的晶界。所形成的六方氮化硼层与供其生成于其上的触媒溶剂大致上有相同的尺寸。熔融溶剂平坦的水平定向有助于高度平面化的六方氮化硼层的形成。值得注意的是此程序能用以形成单一原子厚度的六方氮化硼层，或者一六方氮化硼层，或者具有多数个别的六方氮化硼层平行堆栈的平板。在之后的情形中，六方氮化硼层的堆栈体具有高电子移动性以及高导热性，其是因为多数六方氮化硼层具有大致上非结构性的晶界。模具总成能被加热的温度能够依照熔融溶剂的性质以及六方氮化硼产物所要的特性而有所不同。然而在一方面中，该模具总成能被加热至大于约1000°c ；再另一方面中，该模具总成能被加热至大于约1300°c ；在又一方面中，该模具总成能被加热至大于约 1500°C。同样地，六方氮化硼能在各种压力中产生，例如在一方面中，在锅炉中的氮气环境是小于约Iatm0在该六方氮化硼层形成后，该模具总成能冷却而有助于六方氮化硼产物的移除。 在一些方面中，均勻冷却表面以维持该溶剂表面的平坦度是有利的。在一方面中，这种冷却能通过从熔融溶剂之下传导热量并维持在熔融溶剂之上的热于较高的温度而完成，一旦溶剂冷却，六方氮化硼层可从表面撕下，六方氮化硼撕下而成为单一层状结构或多数层状结构。依据触媒表面的尺寸，六方氮化硼能够持续地被撕下并能够卷绕于一滚动条状装置。在本发明的一些方面中，六方氮化硼层能够掺杂各种掺杂物，掺杂物能用以改变六方氮化硼层的物理性质，和/或其能用以改变在六方氮化硼层堆栈体的六方氮化硼层中的物理交互作用。这种掺杂能在该六方氮化硼层形成时通过将掺杂物添加至模具总成中而产生，或者能在六方氮化硼层形成之后通过在层状结构中沉积掺杂物而产生。各种掺杂物都能用以掺杂于六方氮化硼层中，特定非限制性的范例包括硅、镁及其组合物。将硅掺杂于六方氮化硼而形成N型半导体材料。本发明还提供依照在此所述的步骤所制成的六方氮化硼，这种层状结构包括单一六方氮化硼层或多数六方氮化硼层的堆栈体。再者，如上所述，根据本发明方面的该等六方氮化硼层为高质量材料，若有任何晶界存在的话则具有极少的晶界。除此之外，六方氮化硼层能够根据在此所述的各方面所制成，由于六方氮化硼材料的合成是遍及全部的触媒表面，所以其具有比先前可能的方面更大的尺寸，但应了解依据本发明所制造具有任何尺寸的六方氮化硼层皆视为在本发明的范畴中，本发明的方法特别符合大面积的六方氮化硼层，这种层状结构的尺寸需要依照触媒表面的尺寸而各有不同，然而在一方面中，六方氮化硼层的尺寸能大于约1. Omm2 ；在另一方面中，六方氮化硼层的尺寸是从约1. Omm2至约 IOmm2 ；在又一方面中，六方氮化硼层的尺寸是从约IOmm2至约IOOmm2 ；尚于一方面中，六方氮化硼层的尺寸是大于约IOOmm2 ；另于一方面中，六方氮化硼层的尺寸是大于约IOcm2 ；更于一方面中，六方氮化硼层的尺寸是大于约IOOcm2 ；又于一方面中，六方氮化硼层的尺寸是大于约Im2。
六方氮化硼层的物理特性使其成为一有利于结合至各种装置的材料。能够考虑很多装置和用途，以下的范例不应被视为有任何限制。例如，在一方面中，六方氮化硼具有一高能隙(5.97eV)并且能发出远紫外线(de印uv，约波长215nm)。因此，六方氮化硼能用于作为一 LED或太阳能电池。例如，该等材料具固体最短的键结长度(1.42 A)，所以比两维的钻石还硬，故其具有非常大的能隙，能够发射远紫外线，此对于纳米微影技术以及UV激发荧光非常有用以形成白光LED。能形成P-N接口以制造晶体管，其是能原位(in-situ)形成石墨烯互连接电路。再另一实施例中，石墨烯或单一氮化硼也具有高音速以及导热性，因此， 其能用于超高频率的表面声波滤波器、超音速产生器以及散热器。因着六角对称性，该等材料也有压电性质(piezoelectric)。在另一实施例中，石墨烯或氮化硼层能用于作为化学吸附气体的感应器、用于通过在水溶液中电解以分析离子(如铅)的PPB程度的精密电极 (delicate electrode)、具有氢气终结的透明电极等。应该注意的，该六方氮化硼能通过熔融镍而有相似的排列。如前所述，液态镍能够在石墨烯形成时排列石墨层中任何其它的原子，该液态模板的流动性质会环绕式地轻推石墨原子，以修补石墨片之间的界面，其它仍有很多关于自动修补石墨修补片段(patch)的自组机制的细微细节，必须在石墨烯上有两个不同的碳原子区域，虽然独立的石墨烯平板采用六角形图案，但多数石墨层会稍微弯曲而具有阿法(alpha)区和贝塔(beta)区。石墨烯平板只要有其它原子(阿法区)对准于整体平板后才会移动而对齐，其它大半部分的原子则位于邻近六角形的中央。由于阿法区是以凡得瓦耳力所键结，所以晃动的电子太微弱而无法与镍原子交互作用，只有贝塔区的碳原子能够受到镍的3d轨道的空位(vacancies) 所吸引，此意味着石墨烯修补片段必须朝向有关的镍原子，在本质上，其会轻推石墨片而遍及于镍表面。在六方氮化硼的情况中，此方向性排列更为明白，其是因为氮化硼由电子互补性的硼原子和氮原子所匹配。在使用镍来催化自组机制的情形中，因为空的3d轨域的性质，使得镍原子以及额外的电子能被推往硼原子。六方氮化硼具有非常宽广的直接能隙，通过提供电场即能释放远紫外线。六方氮化硼为固有的N型半导体，其能通过铍(Be)或镁(Mg)的掺杂而强化，此阴极能够自激 (selfresonate)，且因此能用作雷射电极，并与系统组件(built)用于散热器中。各种装置皆能考虑结合六方氮化硼和石墨烯层。例如，六方氮化硼层具有高能隙，且因此为良好的绝缘体。通过改变石墨烯以及六方氮化硼层，能够产生有效电容量的 (effective capacitative)材料，此复合材料是以堆栈形式、平面排列或层状被卷曲形成复合圆柱型态而产生，其它有潜力的用途包括通过石墨烯相互连接的三维氮化硼晶体管的集成电路、汽车电池、太阳能电池、笔记型计算机的电池以及手机的电池。因为此复合材料具有薄的截面而能产生平行式太阳能电池。额外的使用包括气体和微生物传感器(microbe sensor)，以及DNA和蛋白质芯片。本发明也提供石墨烯/六方氮化硼复合材料。例如在一方面中，电子前驱物材料具有一复合材料，包括一石墨层以及设置于该石墨层上的六方氮化硼层。在一特定方面中， 该复合材料包括多数间隔设置的石墨烯层以及六方氮化硼层。这些层状结构能够用于各种电子组件中，其是能够被所属领域的一般技术人员所了解。例如，通过卷绕多数间隔设置的层状结构成为圆柱形，能够形成有用的圆柱形电容器。这些复合材料能够使用在此所述的熔融溶剂方法所制造，或是通过其它能够形成这种层状结构的方法。例如在一方面中，制造石墨烯/六方氮化硼复合材料的方法包括提供一具有石墨层设置于一基材上的模板；以及沉积一氮化硼源材料于该石墨层上以于其上形成一六方氮化硼层，因此在沉积时使用石墨层作为六方氮化硼层的模板，该六方氮化硼层是通过任何已知的方法所沉积的，包括化学气相沉积法(CVD)和物理气相沉积法(PVD)。在此揭示的方法的一优点在于能够制造具有预先决定的尺寸以及形状的石墨烯以及六方氮化硼，因为材料层能形成在遍及于熔融溶剂的表面，所以所产生的石墨烯以及六方氮化硼层的尺寸和形状能够通过水平定向的熔融溶剂的尺寸和形状所决定。因此，通过预先选择模具，以产生具有特定尺寸和形状的熔融溶剂表面，则该石墨烯以及六方氮化硼层的形状和尺寸也能被预先决定。因此这种预先决定的尺寸和形状不仅是将一材料层切割至特定形状的结果，而是形成具有特定且预先选择或预先决定的尺寸和形状的材料层。在本发明另一方面中是提供形成碳化硅层的方法，这种方法包括混合碳化硅源和水平定向的熔融溶剂，并且从该熔融溶剂中沉淀该碳化硅源以形成遍及于该熔融溶剂的碳化硅层。
实施例实施例1一石墨块被机械加工而形成具有约3mm高度的圆盘状凹陷部，放置一具有约Imm 厚度的纯镍板于该凹陷部中，超高纯度的石墨则散布于镍板上，而此总成是放置于一管状锅炉中，该锅炉中是提供约10_5托耳的真空环境；接着镍会在1500°C中完全熔融，且维持于熔融状态30至60分钟，控制温度以使得石墨边缘约比该熔融镍浆液(bath)高出50°C，这样的温度差异能够减少液体的对流，而可能妨碍形成的石墨烯晶格的形成；该锅炉之后会慢慢冷却且将所产生的石墨烯层从该冷却的镍板上撕下。实施例2一石墨烯层是依据实施例1所形成，不同之处在于该镍板是以无电解电镀有一镍-磷(Ni-P)层，而镍-磷化镍(Ni-Ni3P)层的共熔点为870°C，因此能够让石墨烯平板在 1000°C中形成。实施例3一石墨烯层是依据实施例1所形成，不同之处在于该超纯石墨是以超纯石墨片以及70wt%的羰基的镍化合物的混合物所取代。实施例4Invar(Fe2Ni)粉末分散在石墨模具的底部，高度石墨化程度的石墨(如天然石墨)粉末是沿着该hvar粉末顶部分散，该模具总成在真空(例如l(T5torr)中被加热以熔融该合金(如1300°C，对于金属-碳的共熔组成物而言)。因为石墨的密度0.25)是远低于合金的密度(8-9)，所以石墨片会浮在熔融合金的顶部。再者，因为石墨的小片形状，石墨烯平板会与熔融合金表面平行。在此情况下，石墨烯片段会被催化而通过铁合金修补在一起，此步骤为自组机制以及自我修补机制，因此能形成公尺级尺寸的石墨烯平板。在石墨烯平板生长之后，该熔融浆液会在其表面保持平坦的状态下被降温，其可通过热从下方向上传导，并且保持顶层于一较高的温度而完成，一旦该总成冷却，则将可能还黏在合金上的石墨烯平板从底层撕下，由于在石墨烯平板之间的较大间隔(3.35A)，所以撕下的动作能够以连续性步骤而完成。实施例5纯天然石墨粉末与其10倍重量的镍和铜(具有相同比例)相互混合，将此混合物放置于一石墨模具中，并且在真空状态下加热至1300°C六个小时。石墨溶解并且在边缘沉淀，其具有丰富的晃动电子，所形成的片体浮在熔融液体上。六个小时后，温度降低在液相线和固相线之间，使得液态和固态达到平衡状态，在此阶段中，不稳定的碳原子会溶解， 而更稳定的原子会沉淀，而该熔融物会慢慢地固化。利用氢通入真空中以进一步通过气化的碳原子来移除石墨缺陷。大型的石墨烯浸润于热的硫酸中以分隔成石墨烯层，取得该等石墨烯层且通过在真空中800°C下的晶圆接合(wafer bonding)而设置在已抛光的硅晶圆上，此表面进一步通入氟以通过形成CF4气体而移除任何缺陷。实施例6纯天然六方氮化硼(hBN)粉末与其氢化锂在氮气气氛中相互混合，并加热至 1300°C以上而形成hBN溶液，该熔融误持温在1300°C六个小时，之后冷却至液相线和固相线之间的温度，接着此共熔熔融物缓慢降温，并将氢气引入以移除不稳定的硼和氮原子，因而所形成的hBN薄膜在硫酸中沸腾而分隔出层状结构。所取得的hBN层设置在例5中涂布于硅晶圆的石墨层上，将一钛薄膜通过溅镀而沉积于hBN层上，蚀刻该钛薄膜以形成内数字晶体管变换器(transducer)，其是能够将电磁讯号转换成表面声波，反之亦然。实施例7六方氮化硼(hBN)薄膜掺杂有铍以使其成为P型材料；氮化铝(AlN)是以分子束磊晶技术(MBE)而沉积于hBN薄膜上，且掺杂有碳原子以形成N型材料。所形成的p-n接面能够在接受直流电后立即放出紫外线(UV)。当然，需要了解的是以上所述的排列皆仅是在描述本发明原则的应用，许多改变及不同的排列亦可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下被于所属领域的一般技术人员所设想出来，而申请范围也涵盖上述的改变和排列。因此，尽管本发明被特定及详述地描述呈上述最实用和最佳实施例，于所属领域的一般技术人员可在不偏离本发明的原则和观点的情况下做许多如尺寸、材料、形状、样式、功能、操作方法、组装和使用等变动。
权利要求
1.一种形成石墨层的方法，其包含有在真空状态下加热一固态金属基材料达一溶解温度，其中该溶解温度低于该固态金属基材的熔点；将一石墨来源的碳原子溶解到所述被加热的固态金属基材之中；以及以一充足的速率冷却所述被加热的固态金属基材以使得所述溶解的碳原子形成一石墨层到所述固态金属基材的至少一表面上，其中所形成的石墨层大致上不具有晶格缺陷。
2.根据权利要求1所述的形成石墨层的方法，其进一步包含自所述固态金属基材上移除石墨层。
3.根据权利要求1所述的形成石墨层的方法，其中，所述石墨层是高度石墨化。
4.根据权利要求1所述的形成石墨层的方法，其中，所述固态金属基材包含一成分，该成分是选自于铬、锰、铁、钴、镍、钽、钯、钼、镧、铈、铕、铱、钌、铑、其合金以及其结合物。
5.根据权利要求1所述的形成石墨层的方法，其中，所述固态金属基材包含镍。
6.根据权利要求1所述的形成石墨层的方法，其中，所述固态金属基材包含一大致上较少活性的材料来调整碳溶解度。
7.根据权利要求6所述的形成石墨层的方法，其中，所述大致上较少活性的材料是选自金、银、铜、铅、锡、锌、其结合物以及其合金。
8.根据权利要求6所述的形成石墨层的方法，其中，所述大致上较少活性的材料是铜。
9.根据权利要求6所述的形成石墨层的方法，其中，所述固态金属基材包含该固态金属基材包含一第一金属层以及一第二金属层，其中该第一金属层能够用来溶解碳原子，且该第二金属层能够用来调整碳原子溶解度。
10.根据权利要求1所述的形成石墨层的方法，其中，所述固态金属基材是镍，且所述溶解温度是500°C到1450°C。
11.根据权利要求1所述的形成石墨层的方法，其中，所述固态金属基材是镍，且所述溶解温度是500°C到1000°C。
12.根据权利要求1所述的形成石墨层的方法，其中，所述固态金属基材是镍，且所述溶解温度是700°C到800°C。
13.一种形成石墨层的方法，其包含有将一固态金属基材设置在一支撑基材上；连接一石墨碳来源到该固态金属基材；在真空状态下加热该固态金属基材到达一溶解温度，该溶解温度低于该固态金属基材的熔点；将石墨碳来源中的碳原子溶解到该被加热的固态金属基材之中；以及以一充足的速率来冷却该被加热的固态金属基材以由被溶解的碳原子形成一石墨层在该固态金属基材的至少一表面上，其中，该石墨层大致上不具有晶格缺陷。
14.根据权利要求13所述的形成石墨层的方法，其中，所述连接所述石墨碳来源结合到所述固态金属基材的步骤包含将所述石墨碳来源设置在所述支撑基材与所述固态金属基材之间。
15.根据权利要求13所述的形成石墨层的方法，其中，所述连接所述石墨碳来源到所述固态金属基材的步骤包含将所述石墨碳来源到所述固态金属基材的一表面上且相对所述支撑基材。
16.根据权利要求13所述的形成石墨层的方法，其进一步包含预选所述固态金属基材的尺寸与形状以产生具有预设尺寸与形状的石墨层。
17.一种由权利要求16所述的方法制造的石墨层，其中，所述石墨层包含一预设的尺寸与形状。
18.根据权利要求17所述的石墨层，其整合于一装置中，该装置是选自分子传感器、发光二极管、液晶显示器、太阳能板、压力传感器、表面声波滤波器、共鸣器、晶体管、电容器； 透明电极、紫外线雷射、DNA芯片以及其结合。
19.根据权利要求17所述的石墨层，其中，所述石墨层耦合到一硅晶圆上。
20.根据权利要求19所述的石墨层，该石墨层受蚀刻而形成电子连接线路。
全文摘要
本发明涉及一种石墨烯与六方氮化硼薄片及其相关方法，尤其涉及以sp2键结原子构成的石墨层以及其相关方法。在一方面，举例而言，一形成石墨层的方法可包含有在真空状态下加热一固态金属基材料达一溶解温度，其中该溶解温度低于该固态金属基材的熔点；将一石墨来源的碳原子溶解到该被加热的固态金属基材之中；以及以一充足的速率冷却该被加热的固态金属基材以使得该溶解的碳原子形成一石墨层到该固态金属基材的至少一表面上，其中所形成的石墨层大致上不具有晶格缺陷。
文档编号C01B31/04GK102190295SQ20111004537
公开日2011年9月21日 申请日期2011年2月24日 优先权日2010年2月25日
发明者于建沛, 宋健民, 林逸樵, 胡绍中 申请人:宋健民