CVD石墨烯的转移残留物研究

发布时间：2020-05-18 19:10

【摘要】：石墨烯以其优异的性能在许多领域具有广泛的应用。目前金属基底化学气相沉积(CVD)法已基本实现高质量、大面积石墨烯的可控制备,但是CVD石墨烯进行后续加工的前提是与金属基底分离并被转移目标基底上。转移作为石墨烯应用的关键步骤,极大地影响着石墨烯的质量及器件的性能。本文针对传统湿法转移对CVD石墨烯造成污染的问题,采用控制变量法对照实验,和光学显微镜、拉曼光谱仪、霍尔测量系统、X射线光电子能谱分析(XPS)方式,研究传统湿法转移残留物的种类和成分,并采取有效措施减少残留物。取得的主要成果有:1、明确了传统湿法转移残留物主要有背底石墨烯残留、金属基底残留、刻蚀液残留、PMMA残留和硅片杂质等,进一步通过XPS表征,测定PMMA残留分为本征PMMA残留和变性PMMA残留。2、优化转移过程中PMMA残留的抑制和去除方法。一方面,在PMMA与石墨烯之间插入松香小分子层削弱PMMA与石墨烯的结合力;采用低分子量、低浓度的PMMA溶液减少碳长链折叠;较高转速的旋涂方式获得表面光滑且较薄的PMMA膜;匀速升温的坚膜方式增加PMMA在有机溶剂中的溶解度等方法,可以有效抑制PMMA残留。进一步通过深紫外曝光促进PMMA分解为小分子MMA,再用热丙酮溶解,并增加后续异丙醇清洗步骤,可以将本征PMMA残留有效去除。另一方面,通过在PMMA膜上覆盖PET作为保护层隔绝FeCl_3刻蚀液,避免两者反应生成不溶于有机溶剂的物质;采用手机膜(硅胶+PET)代替PMMA作为中介层等方法可以有效地避免变性PMMA残留。3、优化转移过程中其他残留物的抑制或去除方法。通过对石墨烯进行封边加工有效避免背底石墨烯残留。通过在刻蚀液中加入稀盐酸有效减少金属基底氧化物残留。通过采用(NH_4)_2S_2O_8或低浓度Na_2S_2O_8代替FeCl_3作为刻蚀液有效避免金属微粒残留;在FeCl_3刻蚀后增加高温低浓度酸碱洗步骤去除金属微粒残留。丙酮超声清洗去除硅片上有机污染物;KOH溶液代替HF溶液减薄SiO_2层并去除金属污染物等方法,可以有效减少硅片杂质污染物。本文对传统湿法转移残留物进行区分,并提出针对性去除方式,极大提高了转移洁净度和完整性。本研究为石墨烯的器件制备和精准表征提供了基础,有助于石墨烯无损转移技术的研究与发展。
【图文】：

碳的同素异形体[8]

石墨烯表面褶皱示意图
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ127.11;TB383.2

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本文编号：2670190