石墨烯场效应
N掺杂石墨烯及其场效应晶体管研究
A Thesis Submitted to Chongqing University in Partial Fulfillment of the Requirement for the Degree of Master of Science
By Beidou Guo Supervised by Prof. Liang Fang Associate Prof. Jianru Gong Major: Condensed Matter Physics
College of Physics of Chongqing University Chongqing, China May 2011
中文摘要
摘
要
石墨烯是由 sp2 杂化碳原子构成的一种具有蜂窝状六方点阵结构的二维纳米材 料，是构成其它维度碳材料的基础。石墨烯的长程 π 共轭电子，使其具有优异的 热学、机械和电学性能。因此，研究者对石墨烯未来在纳米电子学、材料科学、 凝聚态物理以及低维物理方面的应用产生了广泛的兴趣，但石墨烯在电子领域的 应用受限于它的零带隙特性。为了打开石墨烯的带隙，研究者探索了许多方法， 比如剪裁石墨成量子点、纳米带、纳米网格或者把石墨烯铺到特殊的衬底上，其 中一个可行的方法就是通过掺杂来调控石墨烯的电学性质，但本征石墨烯具有完 美的蜂窝状结构，很难通过杂质原子的掺杂来调控其电学性能，为此，本文重点 对 N+离子注入实现石墨烯的掺杂进行了探索。 本文制备了机械剥离和还原氧化两类石墨烯，利用光学显微镜、AFM、拉曼 光谱、傅里叶红外光谱、XPS、AES 等手段对石墨烯进行了表征；对两类石墨烯 分别进行了 N+离子注入和随后的退火处理，成功实现了两类石墨烯的掺杂；并制 备了相应的石墨烯场效应晶体管，研究了其电学性能。 得出的主要结果如下： ① 利用表征石墨烯的重要工具——拉曼光谱， 研究了石墨烯缺陷的变化与离 子注入剂量之间的关系。得到了合适的离子注入的剂量：1× 1014 cm-2，在此剂量 下，石墨烯表面会有适当的缺陷用来掺杂，并且这些缺陷可以通过退火来消除； ② 发现在氮气中退火样品的拉曼光谱谱峰的蓝移比在氨气中的明显。这可能 是因为在氨气中退火后氮原子掺杂进石墨烯，使得石墨烯产生较小的应变； ③ 采用 XPS 和 AES 检测了在氮气和氨气气氛中退火的离子注入石墨烯样 品。结果显示，在氮气中退火的样品中没有 N 信号，而在氨气退火的样品中有 N 信号。结果说明了离子注入的石墨烯通过在氨气中退火，实现了 N 掺杂； ④ 为了研究不同石墨烯样品的电学性质，制备了背栅石墨烯场效应晶体管。 结果显示，本征石墨烯场效应晶体管是双极晶体管，它的电导最小值位于正栅压 位置，说明石墨烯是 p-型掺杂。用在氮气中退火的离子注入石墨烯制备的场效应 晶体管的双极特性消失了，电导最小值仍然处于正栅压位置，还是 p-型掺杂。用 在氨气中退火的离子注入石墨烯制备的场效应晶体管显示出了双极特性，在真空 中它的电导最小值位于负栅压位置，表明是 n-型掺杂。 此外，本文还研究了还原石墨烯的掺杂，利用拉曼光谱和傅里叶红外光谱表 征了 N+离子注入后的还原石墨烯的结构，制备了场效应晶体管，并测试了其电学 性能。结果发现，N+离子注入还原石墨烯和本征石墨烯不同，N+离子与还原后的
石墨烯的应用
石墨烯的应用
石墨烯是一种具有单层碳原子排列成的二维晶格结构的材料，具有许多独特的物理、化学和机械性质，因此在多个领域都有广泛的应用。
以下是一些常见的石墨烯应用：
1.电子器件：由于石墨烯具有高电子迁移率、高载流子迁移率和优异的电导率，因此被广泛应用于电子器件中，如场效应晶体管（FET）、透明导电膜、逻辑电路等。
2.光学器件：石墨烯具有宽带隙和高吸收率的特点，可用于太阳能电池、光电探测器、激光器等光学器件中，提高光电转换效率和传感性能。
3.储能设备：石墨烯在锂离子电池、超级电容器等能量存储设备中具有重要应用。
其大表面积、高电导率和快速离子传输性能有助于提高能量密度和充放电速度。
4.传感器：石墨烯具有高比表面积和化学惰性，可用于气体传感器、生物传感器等传感器设备中，检测环境中的气体、生物分子等。
5.强化材料：石墨烯可以增强复合材料的力学性能，提高材料的强度、刚度和耐磨性，常用于航空航天、汽车制造、体育用品等领域。
6.生物医学：石墨烯在生物医学领域具有潜在应用，可用于药物输送、生物成像、组织工程等。
其生物相容性和表面修饰的可调控性使其成为生物医学材料的研究热点。
7.热管理：石墨烯具有优异的热导率和导热性能，可用于热界面材料、散热器、导热膏等热管理领域，提高热传递效率。
总的来说，石墨烯作为一种多功能的纳米材料，在电子学、光学、能源、生物医学和材料科学等领域都有着广泛的应用前景。
石墨烯量子霍尔效应
石墨烯量子霍尔效应摘要：一、引言- 介绍石墨烯的基本特性和应用领域- 提出石墨烯量子霍尔效应的研究背景和意义二、石墨烯量子霍尔效应的概念和原理- 解释量子霍尔效应的定义和特点- 阐述石墨烯中量子霍尔效应的表现形式和原因三、石墨烯量子霍尔效应的应用- 介绍石墨烯量子霍尔效应在电子器件、传感器等领域的应用- 分析石墨烯量子霍尔效应对科技进步的推动作用四、石墨烯量子霍尔效应的研究现状和挑战- 概述当前石墨烯量子霍尔效应的研究进展- 探讨石墨烯量子霍尔效应研究中存在的挑战和问题五、结论- 总结石墨烯量子霍尔效应的重要性和前景- 提出未来研究的方向和建议正文：一、引言石墨烯，是一种由单层碳原子构成的二维晶体材料，具有极高的强度、导电性和热导率等特性，被认为是未来新型材料和器件的重要基础。
自2004 年安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫成功制备出石墨烯以来，石墨烯的研究和应用得到了广泛关注。
其中，石墨烯量子霍尔效应作为石墨烯的一个重要物理现象，具有重要的理论和实际意义。
二、石墨烯量子霍尔效应的概念和原理量子霍尔效应，是指在强磁场作用下，导体中的电子受到洛伦兹力的影响，形成一种特殊的量子态，导致电导率突变的现象。
在石墨烯中，由于其独特的能带结构和电子特性，量子霍尔效应表现出与传统量子霍尔效应不同的特点。
石墨烯的量子霍尔效应可以分为纵向和横向两种。
纵向量子霍尔效应是指在沿石墨烯晶轴方向施加磁场时，由于洛伦兹力的作用，电子在同一能级上的自旋取向相反，形成电导率突变。
横向量子霍尔效应则是指在垂直于石墨烯晶轴方向施加磁场时，由于洛伦兹力的作用，电子在不同的能级之间发生跃迁，形成电导率突变。
三、石墨烯量子霍尔效应的应用石墨烯量子霍尔效应在电子器件、传感器等领域有着广泛的应用。
例如，在石墨烯制成的场效应晶体管中，通过调节磁场，可以实现对石墨烯电导率的调控，从而实现器件的开关功能。
此外，石墨烯量子霍尔效应还可以用于制备高灵敏度磁场传感器，通过对磁场变化的检测，实现对物理、生物等信息的检测和分析。
石墨烯具有令人惊奇的重要性质：
Graphene石墨烯–纳米电子学材料的一颗耀眼新星！以集成电路为标志的基于硅材料的微细加工技术造就了当代信息社会，然而当前在硅材料上的技术进步却显得越来越困难，人们寄希望于基于碳材料的电子学(Carbon-Electronics)。
经过多年的学术研究，人们很熟悉纳米碳管，更知道纳米碳管不好实用，至少很难在纳米电子学上应用。
原因是纳米碳管很难并可重复地结合到电子器件中去。
如果能将纳米碳管“切”开，并展开成性能稳定的平面，目前一流的集成电路微细加工技术就能用上，实现碳材料电子学(改进目前的硅材料电子学)，那将是科技的一大进步！近年科学界重大发现--石墨烯Graphene，就是这种材料!石墨烯是由碳原子构成的二维晶体，一般厚度方向为单原子层或双原子层碳原子排列. Graphene(石墨烯)是其英文名，该命名与graphite（石墨）有关, 其中文名目前尚未定下。
也有人使用“单层石墨”作为称呼。
碳纳米管nanotube也被认为是卷成圆桶的石墨烯。
石墨烯具有令人惊奇的重要性质：石墨烯是一种稳定材料. 在发现石墨烯graphene以前，大多数物理学家认为，热力学涨落不允许任何二维晶体在有限温度下存在。
所以，它的发现立即震撼了凝聚态物理界。
虽然理论和实验界都认为完美的二维结构无法在非绝对零度稳定存在, 但是单层石墨烯在实验中被制备出来。
这些可能归结于graphene在纳米级别上的微观扭曲。
有很多基础理论问题需要研究.石墨烯是一种其禁带宽度几乎为零的半金属/半导体材料。
它具有比硅高得多的载流子迁移率(200000cm2/V), 在室温下有微米级的平均自由程和很长的相干长度! 石墨烯是纳米电路的理想材料,也是验证量子效应的理想材料!石墨烯具有明显的二维电子特性。
近来所观测到的显著的量子霍尔效应和分数量子霍尔效应即证实了石墨烯是未来纳米电子器件的极有前景的材料。
在2006 – 2008年间, 石墨烯已被制成弹道输运晶体管(ballistic transistor)，平面场效应管(Field-Effect Transistors)，并且吸引了大批科学家的兴趣。
什么是石墨烯和CVD
honeycomb crystal lattice
Graphene 的发现与研究进展
2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆（1958年10月出生于俄罗斯西南部 城市索契）和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯 2010年诺贝尔物理学奖得主属于俄国人（一个透明胶带成就的诺贝尔奖）
CVD法 （Chemical Vapor Deposition） CVD法是指反应物质在气态条件下发生化学反应 ,生成固态物质沉积在加热的固态基体 表面，进而制得固体材料的工艺技术。
CVD 法生长graphene工艺及设备
化学气相沉积 （ CVD ） 是一种制备材料的气相生长方法，它是把一种或几种含有构成薄 膜元素的化合物、单质气体通入放置有基材的反应室，借助空间气相化学反应在基体表 面上沉积固态薄膜的工艺技术 CVD 法生长graphene 主要涉及3个方面 碳源、 基体和生长条件
2006年3月，佐治亚理工学院研究员宣布, 他们成功地制造了石墨烯平 面场效应晶体管，并观测到了量子干涉效应，并基于此结果，研究出 以石墨烯为基材的电路.
A journey of a thousand miles is made up of small steps
安德烈·海姆应邀 在KAUST的 报告会，题目为 “万里征途要 一步步走过”
我个人却从来没有期望能获得这个奖项。我昨晚睡得很香，因为我根本没有 期望能拿奖。当有些人拿到诺贝尔奖后开始停止做科研，甚至停止做很多他该 去做的事，但对于我来说，我会像往常一样继续我的研究，认真工作，享受研 究。”
最初他们从石墨中剥离出石墨片，然后将薄片的两面粘在一种特殊的 胶带上，撕开胶带，就能把石墨片一分为二。不断地这样操作，于是 薄片越来越薄，最后，他们得到了仅由一层碳原子构成的薄片，这就 是石墨烯 （也叫撕胶带法获得graphene)
石墨烯材料在各个领域应用的进展
石墨烯材料在各个领域应用的进展1复合材料石墨烯由于具有极高的力学性能和电学性能，在作为聚合物基体的加强功能化添加剂方面被认为据有广泛的讨论前景。
2023年美国西北大学的Stankovich和RuofjF等人在Nature上报道了薄层石墨烯．聚苯乙烯纳米复合材料。
该讨论小组首先使用苯基异氰酸酯对完全氧化的石墨烯进行化学亲油改性，使之剥离和分散在有机溶剂中。
剥离的石墨烯均匀分散在聚苯乙烯溶液中，加入少量还原剂即可恢复石墨片层的导电性。
在还原过程中，聚苯乙烯的存在有效地阻拦了石墨纳米片层的聚集，这是该方法成功的关键。
该复合材料具有较低的渗阀值，在0.1％的体积分数下即可以导电，1％体积分数下导电率可达0.1Sm—1，可广泛应用于电子材料。
氧化态石墨烯只有在还原情况下才能发挥其优异的电学和力学行能，为了解决氧化石墨烯原位还原制备复合材料过程团聚现象的发生，加添石墨烯在各种聚合物单体中的浸润性，Stankovich利用苯乙烯磺酸钠包覆氧化态石墨烯，降低了石墨烯之间的接触面积，从而阻拦其在还原过程中不可逆自聚。
Haddon所领导的小组制备了石墨烯．环氧树脂纳米材料。
首先制备石墨烯的丙酮分散液，与环氧树脂均匀混合固化后得到复合材料。
热导率测试表明厚度小于2nm的石墨烯片特别适合作为环氧树脂的填料，在添加量达到25％时，热导率可以提升3000％，达6.44WmoKl。
复合材料杰出的热导性能重要由石墨烯的二维单原子层结构，高的纵横比，硬度和低的热界面阻力。
但该方法使用了溶剂，使得在所得复合材料中有显现微纳孔洞的可能。
石墨烯的添加不仅有利于聚合物基体电性能，热传导性能的改善，对于提高玻璃化变化温度，复合材料力学性能也具有重点意义。
Ruoff和Aksay等人在聚丙烯腈及聚甲基丙烯酸甲酯中加入仅1％及0.05％的石墨烯纳米片后，发觉他们的玻璃化变化温度提升30℃，此外包括杨氏模量，拉伸强度，热稳定性等一系列力学及热学性质得到提高。
石墨烯
石墨烯石墨烯声明：百科词条人人可编辑，词条创建和修改均免费，绝不存在官方及代理商付费代编，请勿上当受骗。
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石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜，是一种只有一个原子层厚度的准二维材料，所以又叫做单原子层石墨。
英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，用微机械剥离法成功从石墨中分离出石墨烯，因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。
石墨烯常见的粉体生产的方法为机械剥离法、氧化还原法、SiC外延生长法，薄膜生产方法为化学气相沉积法（CVD）。
[1] 由于其十分良好的强度、柔韧、导电、导热、光学特性，在物理学、材料学、电子信息、计算机、航空航天等领域都得到了长足的发展。
作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯被称为“黑金”，是“新材料之王”，科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”。
极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。
中文名石墨烯外文名Graphene 发现时间2004年主要制备方法机械剥离法、气相沉积法、氧化还原法、SiC外延法主要分类单层、双层、少层、多层（厚层）基本特性强度柔韧性、导热导电、光学性质应用领域物理、材料、电子信息、计算机等目录1 研究历史2 理化性质? 物理性质? 化学性质3 制备方法? 粉体生产方法? 薄膜生产方法4 主要分类? 单层石墨烯? 双层石墨烯? 少层石墨烯? 多层石墨烯5 主要应用? 基础研究? 晶体管? 柔性显示屏? 新能源电池? 航空航天? 感光元件? 复合材料6 发展前景? 中国? 美国? 欧洲? 韩国? 西班牙? 日本研究历史编辑实际上石墨烯本来就存在于自然界，只是难以剥离出单层结构。
石墨烯一层层叠起来就是石墨，厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯。
石墨烯的半导体芯片
石墨烯的半导体芯片
石墨烯是一种由碳原子构成的二维材料，具有许多独特的物理特性，例如高电导率、高透明度和高强度。
这些特性使得石墨烯在半导体领域具有巨大的潜力。
首先，让我们来谈谈石墨烯在半导体芯片中的应用。
石墨烯可以被用作半导体材料，因为它具有可调控的带隙，这是制造半导体器件所必需的。
石墨烯的高电导率也意味着它可以被用作电子器件中的导体部分。
此外，石墨烯还可以被用来制造高性能的场效应晶体管（FET），这对于芯片的制造非常重要。
其次，石墨烯在半导体芯片中的应用还可以体现在其对光学器件的影响上。
石墨烯具有优异的光学特性，可以被用来制造光电探测器、光电调制器等器件，这些器件在通信和光电子领域有着广泛的应用。
此外，石墨烯还可以被用来制造柔性电子器件，这对于半导体芯片的发展也是一个重要的方向。
石墨烯的高强度和柔韧性使得它非常适合用于制造柔性显示屏、可穿戴设备等新型电子产品。
总的来说，石墨烯作为一种新型材料，在半导体芯片领域具有巨大的潜力。
它的独特物理特性使得它可以被用来制造高性能的半导体器件，同时也可以推动半导体技术在光电子和柔性电子领域的发展。
然而，目前石墨烯在半导体芯片中的商业应用还面临着一些挑战，例如大规模制造和集成工艺等问题，这也是未来需要克服的难题。
希望未来随着技术的进步，石墨烯在半导体芯片领域能够得到更广泛的应用。
石墨烯薄膜的物理特性分析
石墨烯薄膜的物理特性分析石墨烯是一种由碳原子通过共价键紧密排列而成的二维晶体材料。
薄而轻、坚韧、导电、导热等独特性质使其在生物医学、电子、催化、传感器等领域具有广泛应用前景。
本文旨在分析石墨烯薄膜的物理特性及相关应用。
一、结构特性石墨烯是一个由六角形碳原子晶体构成的单层二维材料，厚度仅为几个原子层，而面积可达平方厘米级别，其晶体结构类似于石墨材料的表面层。
石墨烯的原子层结构稳定，非常薄，这使其具有突出的机械韧性和生物相容性。
二、电子特性石墨烯的电子性质是其重要的特点，它具有高导电性和半导体性质。
石墨烯中的电子具有Dirac行为，即电子可以被描述为相对论带质量粒子，其能量与动量之间的关系遵循E=(±HvF)p，其中，vF为弗米速度，p代表动量。
这种线性能谱使石墨烯中的电子遵循与传统半导体材料截然不同的行为模式。
三、光学特性石墨烯具有优越的光学特性，其透明度比玻璃还高，对于可见光和近红外光区域的吸收和反射率非常低，因此在摄像头、光学传感器等领域具有广泛应用。
四、热学特性石墨烯的导热性比金属还好，其热导率超过3000W/mK，一些基于石墨烯的热管理材料有望应用于核电站等高要求的热管理领域。
五、应用前景1、电子学：石墨烯具有高电子流速和良好的电学特性，可以应用于电子器件中，如场效应晶体管、光伏电池等。
2、材料科学：石墨烯的强度是钢铁的200倍以上，可以制作强韧材料，如强化聚合物、太空衣等。
3、生物医学：石墨烯具有良好的生物相容性，可以作为医用材料，如药物传递载体、人工关节等。
4、环保：石墨烯具有优越的吸附能力，可以应用于废水、废气、重金属去除等场合。
综上所述，石墨烯作为一种具有突出特性的二维材料，将在材料科学、电子学、生物医学、环保等领域发挥重要作用，尤其是其独特的电学、光学、热学特性将为其带来更加广泛的应用前景。
石墨烯基础知识简介
1.石墨烯（Graphene）的结构石墨烯是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢状晶格的平面薄膜，是一种只有一个原子层厚度的二维材料。
如图1.1所示，石墨烯的原胞由晶格矢量a1和a2定义每个原胞内有两个原子，分别位于A和B的晶格上。
C原子外层3个电子通过sp²杂化形成强σ键（蓝），相邻两个键之间的夹角120°，第4个电子为公共，形成弱π键（紫）。
石墨烯的碳-碳键长约为0.142nm，每个晶格内有三个σ键，所有碳原子的p轨道均与sp²杂化平面垂直，且以肩并肩的方式形成一个离域π键，其贯穿整个石墨烯。
如图1.2所示，石墨烯是富勒烯（0维）、碳纳米管（1维）、石墨（3维）的基本组成单元，可以被视为无限大的芳香族分子。
形象来说，石墨烯是由单层碳原子紧密堆积成的二维蜂巢状的晶格结构，看上去就像由六边形网格构成的平面。
每个碳原子通过sp²杂化与周围碳原子构成正六边形，每一个六边形单元实际上类似一个苯环，每一个碳原子都贡献一个未成键的电子，单层石墨烯的厚度仅为0.335nm，约为头发丝直径的二十万分之一。
图 1.1（a）石墨烯中碳原子的成键形式（b）石墨烯的晶体结构。
图1.2石墨烯原子结构图及它形成富勒烯、碳纳米管和石墨示意图石墨烯按照层数划分，大致可分为单层、双层和少数层石墨烯。
前两类具有相似的电子谱，均为零带隙结构半导体（价带和导带相较于一点的半金属），具有空穴和电子两种形式的载流子。
双层石墨烯又可分为对称双层和不对称双层石墨烯，前者的价带和导带微接触，并没有改变其零带隙结构；而对于后者，其两片石墨烯之间会产生明显的带隙，但是通过设计双栅结构，能使其晶体管呈示出明显的关态。
单层石墨烯（Graphene）：指由一层以苯环结构（即六角形蜂巢结构）周期性紧密堆积的碳原子构成的一种二维碳材料。
双层石墨烯（Bilayer or double-layer graphene）：指由两层以苯环结构（即六角形蜂巢结构）周期性紧密堆积的碳原子以不同堆垛方式（包括AB堆垛，AA堆垛，AA‘堆垛等）堆垛构成的一种二维碳材料。
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制造，最优化，和石墨烯场效应对传感器的影响
目录
石墨烯的制造方法 510
功能 512
传感器的几何构造 513
电子学 513
流体系统 515
双层电子管 516
医学上的应用 516
疾病的预防和治疗 517
慢性疾病的细菌载体517
外科手术和危险的治疗517
结论和未来的工作 518
作者信息 518
注解 518
传记 518
感谢 519
参考文献 519
精确的化学聚合物的测量是建立在许多工人和医学上技术上的。尽管敏感性，分离性和
快速的反应都是传感器的优点，但是应用范围的巨大广泛性，对治疗糖尿病去控制一个工业
的步骤去监测水的质量-便阻碍了得出一个合适的化学或者生物样品的监测方案。更多的，
每一种转换的方法都有建立在更高级的材料，模拟试验，和更好的适合它的单一测量的简单
类型优势和缺点。在这种观点下，我们将讨论石墨烯传感器的潜力，尤其是石墨烯的电子方
面的潜力，操作一种免费标注的适合真实的测量目标物种的平台。我们将讨论传感器是如何
被做的以及石墨烯的巨大作用对于这些应用。回顾已经被安排讨论的石墨烯的成分，从下到
上的建立。当这样做的时候，我们将强调和回顾一下被报道的许多在这个领域活跃的团队的
最好的实验，当指出那些需要更长远发展的区域或者平衡的集中发展区域。
因为我们将在细节上讨论对于生物传感 方面石墨烯的使用，那是有用的简明扼要的讨
论无标记的测量的概念。对于生物传感的大多数方案使用一个标记来增强转换信号。例如，
在一种酶连接生物吸收剂试验，目标生物分子是第一个夺得抗体，下一个是酶标注的抗体，
最后是酶标记转移到一个带有明显颜色改变的分子基质中。因为酶能够转移许多分子基质，
夺得每个目标分子的结果是带有放大的标志。通常来说，标记能够变成任何材料--荧光的生
物分子，有磁性的微粒，量子点等等----提高了在背景音乐上的生物分子的信号。在生物传
感上 使用标记 已经提前变成了可能，许多商业化的，以及能够快速生产，生物分子浓度从
基质中萃取。当这些市场决定的方法的优点和缺点，就会有所有的标记试验的固有的困难。
最清晰的困境是简单标记必须被添加到体系中的事实。添加标记需求更多的试剂，常常需要
更加复杂的运动流体学系统，以及添加复杂的系统到体系中通过介绍一种阻碍和大量的运输
的物质。更重要是，这些细菌障碍或许会影响生物分子的粘连性能，改变它的自然的相互作
用用夺取探针的方法。更多的是，在传感期间标注是典型的消耗能量，这就限制了传感器或
许被取代而不出席或者不频繁的展现出来。如果目的是实时的监视混合的过程，那么这些权
衡就会被削减。一个可选择的战略和策略对于生物传感是去生产一种用来生物分子它本身的
信号。如果这么做，然后这个信号将被产生当生物分子结合的时候，这种信号应该被视为一
种作为这个目标的新的可能，然而这里没有消耗品来消耗。传感生物分子它本身是一个挑战
目标，但是也是一个实质性的报酬，能够简单的，快速的，耐用的方式。
很长的一段时期，生物分子的实时监视本将是一个具有巨大意义的成果。然而，如果
传感的花费是巨大的，那么他带来的利益将是有限的。低的费用将传感器能够得到广泛的传
播对于可传染疾病的传感是无处不在的，例如，对于诊所的诊断学在全世界的发展。显而易
见的，减少花费是在传感方面的一种目标，但是我们知道传感需要很细小的考虑在每一个等
级的制造方面，如：基层，传感材料，过程，包装，和电子工业。这也就是说，花费并不是
一个可预算的目标，我们将不能从事它如果没有任何东西，化学的石墨烯的气相沉淀和氧化
石墨烯是相当的便宜的材料能够符合便宜的过程。
对于无标记的，实时的传感一个解决方案是生物分子的晶体管效应或者是生物的场效
应晶体管，那是一种智能的节点离子选择场效应晶体管，初次被Bergveld报道过。第一次
被描述是在便利的场效应晶体管，入门被使用在导电性材料的电极的改变在电流的流进和流
出之间。类似的，在生物场效应晶体管，那是自然的载体在被有约束力的带电分子制造，或
者更一般的讲，电荷转移来自一种可以跨导的可转移入口。这些有许多的好处对于这种方法。
首先，大多数的生物分子被充电，然后途径是本无标记的。第二，信号时带电的，因此很容
易被测量，记录和报道，使用一种常见的电子学。这里没有可移动的部分或者是光学校准需
要去担心，因此这个设备总是参差不齐的。最后电子制造技术是非常的先进的，因此很容易
导致微型化和按比例的制造。
许多的团队已经发展了场效应晶体管的传感器观念，这个学科已经能够到处传播了。
尤其的已经影响了传感器的硅纳米线和碳纳米管的发展。这种技术展示出非同一般的表现和
目前巨大的发展前途，因此在某种情况下那是困难的去声明在这种技术上可决定性的限制。
就一般观点而言，那可能说从硅纳米管中 获得最高的效率血药血多工程步骤，那会增加每
个传感器的花费。在硅元素过程的改进是应该继续减少这些费用。碳纳米管传感器更容易获
得；然而一种被遗留的有困难 的出售可再生产的在基层或者，生产他们在基层，那或许有
技术的限制（不可弯的，昂贵的，等等）。甚至当一个碳纳米晶体管被放置，它的电子特性
取决于非常小的在直径和螺旋形的不同，那是很难控制的。生产出碳纳米晶体管是一种包含
着这种缺陷的演示方法。
石墨烯，然而，有许多容易的可进入的优势。它包括单层的sp2轨道碳原子被放置在似
蜂巢的模型下。那又一个很高的，本来的无穷的，表面的体积比，如任何原子被吸引到它的
表面都有潜力区改变它的电子特性。这个吸附物能够改变它的特性不仅通过向石墨烯中掺一
定量的杂质，或者是提高散射能力去减少固有的高的迁移率和整体的导电性。它一直是合适
的半导体制造工艺。最后，当第一次石墨烯被研究时，插层型石墨烯是非常的昂贵的由于必
不可缺少的大量的使用者的操作，石墨烯的花费突然的减少下来。化学蒸汽沉淀能够生产出
大量的石墨烯，化学改良的石墨烯的费用如GO是非常低的，以至于在应用时变成了一个不
成问题的问题。自上而下的制造传感器，首先考虑的是基质。利用为微弱原子能材料如石墨
烯展示出的独特资产，由于它的细微性，那就是电子工业的和半透明的化学。在二氧化硅早
期的石墨烯研究展示出基质的带电不均匀性诱发出石墨烯局部电荷的转移。两个最近的期刊
已经更加深度的演示出这种半透明的影响，下层基质控制着石墨烯上表层的行为。在某个列
子下，湿润的石墨烯被下层基质长期 的waals的延伸成薄膜的影响表面能量的编码规则影
响着。另一个例子，基质的表面镀膜加工是展现出强烈的影响电荷转移的速率 在石墨烯的
上表面。血多的解决办法已经被提议去减少基质的影响。举个列子，硼 已经展示出几号的
绝缘性在石墨烯和硅的基质；然而，对于这种高的能力大的规模的材料薄膜热然在发展。接
着一种探讨的是 的氧化硅，有着石墨烯的氧化硅和阻碍 水，那也能填涂石墨烯。
最后，能够防止石墨烯的在基质的聚合物上为了避免整个的这些带电的 和获得易弯曲
的基质。例如，聚甲基丙烯酸甲酯polystyrene没有展示出对石墨烯掺杂的影响。通识，这
个表明 基质是一种有效的 协调石墨烯的 方法 以及基质的表面细节应当被考虑进来当构
造 生物分子场效应晶体管设备是。
石墨烯的生产方法
一旦基质被准备好，石墨烯必须被储存。合成石墨烯的迅速的发展和已经有结果的发
展在可行的商业化的石墨烯的基础 生物分子的场效应晶体管穿泛起和设备的 制造路线。自
然的，对于任何的技术矿床，这既有有好处也有缺陷要去权衡 当考虑科技的实现时。对已
生物分子的场效应晶体管设备的制造，通常来考虑包含基质的选择，矿床的生薄膜，和所有
的对于设备性能的贡献。对于石墨烯材料，综合上可能已经突破了两个通常的类别（1来自
于大量的石墨 2薄膜的生成。）当许多特殊的 … 存在 着对于每一种方法，仅仅只有
一种是最适合生物场效应晶体管的应用。
大量的石墨对于个别的石墨烯面板是可能用于机械的 或者是化学的 能力（）。机械的
石墨烯（2a的型号）典型的展示出导电性和结构质量，因此 常用作一定数量的本质的材料
性能。当机械的 ex f 小的尺寸和低的效应是 经不起检验的商业化缩放比例，有着独
特的见解在石墨烯的表面对于外在的吸附物的影响，已经开发出可以使用的样品了。例如，
联系石墨烯的电子工业回复气体吸附的传感实验发现电荷转移和散射是初级的机械技术导
致了薄膜的 改变，跟碳纳米管类似。当这些设备能够被 …对于吸附物是敏感的，他们
不再是可选择的而是可以反应许多电子贡献或者是接受的微粒载体。然而，