微细加工过程中产生的光刻胶残留物对石墨烯基电子器件的技术进步造成了重大阻碍。这些残留物会诱发不希望出现的化学掺杂效应，降低载流子迁移率，恶化信噪比，因此在某些情况下，包括传感和电子记录应用，这些残留物至关重要。在石墨烯溶液门控场效应晶体管（gSGFET）中，聚合物污染物的存在导致难以进行精确的电学测量，带来了响应变化和校准方面的挑战。鉴于聚合物密集型微制造技术缺乏可行的中短期替代方法，我们评估了一种涉及四氢呋喃和乙醇溶剂的后分层处理方法，其中乙醇是最有效、最环保、最安全的残留物去除方法。通过使用 XPS、AFM 和拉曼光谱以及电学表征进行综合分析，本工作研究了残留聚合物对石墨烯表面特性和晶体管功能的影响。乙醇处理明显提高了 gSGFET 的性能，电荷中性点的移动和分散性的降低就是证明。这种系统化的清洁方法有望提高石墨烯器件制造的可重复性和精度。特别是，通过使用乙醇去除残留物，我们将石墨烯器件与乙醇的化学性质相一致。
 

图1. (a) 石墨烯晶体管方案。(b) 微晶体管 50 × 50 μm。(c) 4 × 4 毫米的大晶体管。(d) 48 个微晶体管阵列。(e) 电气测试平台。
  
图2. 添加聚合物残留物的石墨烯微加工步骤示意图。步骤 3：添加 PMMA，步骤 5 和 7：添加 AZ5214，步骤 9：添加 SU-8。
 

图3. (a) 基于石墨烯的大晶体管的去卷积 C 1s 核心水平。上图为处理前的图像，下图为用 EtOH 溶解 2 小时后的图像。 (b) 大晶体管上石墨烯表面的原子力显微镜图像，以及用 EtOH 溶解 2 小时之前（上图）和之后（下图）的高度剖面图（原子力显微镜图像中的蓝线）。(c) 使用 EtOH 10 分钟（左图）和 EtOH 2 小时（中图）清洗大晶体管之前（黑色）和之后（红色）的平均拉曼光谱（≈1000 个单点光谱，λexc = 532 nm，30 × 25 μm 区域）。微晶体管用 EtOH 处理前（黑色）和 1 小时后（红色）的平均拉曼光谱（≈400 单点光谱，λexc = 532 nm）（右图）。
 
 
图4. (a) 石墨烯器件上的聚合物残留示意图。(b) 一维溶剂扩散（从左到右依次为 2-丙醇、EtOH 和 THF）和聚合物溶解原理。(c) 溶剂渗透和消除聚合物薄膜并可能导致石墨烯开裂的基于溶剂的机理。
 
 
图5. (a) 一块芯片上 48 个晶体管在乙醇处理 10 分钟前后的电流电压曲线。 (b) 一块芯片上 48 个晶体管在乙醇处理 1 小时前后的电流电压曲线。(d) 不同芯片在所有处理过程中的跨导（gm）方框图。
 
      相关研究成果由的里雅斯特大学Maurizio Prato、科鲁尼亚大学Alejandro Criado和卡洛斯三世卫生研究所Elisabet Prats-Alfonso等人2024年发表在ACS Sustainable Chemistry & Engineering (链接：https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.4c01538)上。原文：Ethanol Solvation of Polymer Residues in Graphene Solution-Gated Field Effect Transistors

转自《石墨烯研究》公众号