微細(xì)加工過程中產(chǎn)生的光刻膠殘留物對石墨烯基電子器件的技術(shù)進(jìn)步造成了重大阻礙。這些殘留物會誘發(fā)不希望出現(xiàn)的化學(xué)摻雜效應(yīng)，降低載流子遷移率，惡化信噪比，因此在某些情況下，包括傳感和電子記錄應(yīng)用，這些殘留物至關(guān)重要。在石墨烯溶液門控場效應(yīng)晶體管（gSGFET）中，聚合物污染物的存在導(dǎo)致難以進(jìn)行精確的電學(xué)測量，帶來了響應(yīng)變化和校準(zhǔn)方面的挑戰(zhàn)。鑒于聚合物密集型微制造技術(shù)缺乏可行的中短期替代方法，我們評估了一種涉及四氫呋喃和乙醇溶劑的后分層處理方法，其中乙醇是最有效、最環(huán)保、最安全的殘留物去除方法。通過使用 XPS、AFM 和拉曼光譜以及電學(xué)表征進(jìn)行綜合分析，本工作研究了殘留聚合物對石墨烯表面特性和晶體管功能的影響。乙醇處理明顯提高了 gSGFET 的性能，電荷中性點(diǎn)的移動和分散性的降低就是證明。這種系統(tǒng)化的清潔方法有望提高石墨烯器件制造的可重復(fù)性和精度。特別是，通過使用乙醇去除殘留物，我們將石墨烯器件與乙醇的化學(xué)性質(zhì)相一致。
圖1. (a) 石墨烯晶體管方案。(b) 微晶體管 50 × 50 μm。(c) 4 × 4 毫米的大晶體管。(d) 48 個(gè)微晶體管陣列。(e) 電氣測試平臺。
圖2. 添加聚合物殘留物的石墨烯微加工步驟示意圖。步驟 3：添加 PMMA，步驟 5 和 7：添加 AZ5214，步驟 9：添加 SU-8。
圖3. (a) 基于石墨烯的大晶體管的去卷積 C 1s 核心水平。上圖為處理前的圖像，下圖為用 EtOH 溶解 2 小時(shí)后的圖像。 (b) 大晶體管上石墨烯表面的原子力顯微鏡圖像，以及用 EtOH 溶解 2 小時(shí)之前（上圖）和之后（下圖）的高度剖面圖（原子力顯微鏡圖像中的藍(lán)線）。(c) 使用 EtOH 10 分鐘（左圖）和 EtOH 2 小時(shí)（中圖）清洗大晶體管之前（黑色）和之后（紅色）的平均拉曼光譜（≈1000 個(gè)單點(diǎn)光譜，λexc = 532 nm，30 × 25 μm 區(qū)域）。微晶體管用 EtOH 處理前（黑色）和 1 小時(shí)后（紅色）的平均拉曼光譜（≈400 單點(diǎn)光譜，λexc = 532 nm）（右圖）。
圖4. (a) 石墨烯器件上的聚合物殘留示意圖。(b) 一維溶劑擴(kuò)散（從左到右依次為 2-丙醇、EtOH 和 THF）和聚合物溶解原理。(c) 溶劑滲透和消除聚合物薄膜并可能導(dǎo)致石墨烯開裂的基于溶劑的機(jī)理。
圖5. (a) 一塊芯片上 48 個(gè)晶體管在乙醇處理 10 分鐘前后的電流電壓曲線。 (b) 一塊芯片上 48 個(gè)晶體管在乙醇處理 1 小時(shí)前后的電流電壓曲線。(d) 不同芯片在所有處理過程中的跨導(dǎo)（gm）方框圖。
相關(guān)研究成果由的里雅斯特大學(xué)Maurizio Prato、科魯尼亞大學(xué)Alejandro Criado和卡洛斯三世衛(wèi)生研究所Elisabet Prats-Alfonso等人2024年發(fā)表在ACS Sustainable Chemistry & Engineering (鏈接：https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.4c01538)上。原文：Ethanol Solvation of Polymer Residues in Graphene Solution-Gated Field Effect Transistors
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
