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成果简介

石墨烯薄膜的完整性和清洁度是石墨烯器件的核心。然而,只有当转移膜面积较小(小于2╳2厘米)时,才能保证石墨烯薄膜的清洁度和完整性,这导致石墨烯器件的制备效率极低,限制了其产业化应用。因此,本文,西安交通大学徐友龙教授团队在《Carbon》期刊发表名为“Surface tension traction transfer method for wafer-scale device grade graphene film”的论文,研究提出了一种基于化学气相沉积(CVD)铜的单层、多层石墨烯和单晶石墨烯的晶片规模(6英寸)、完整且清洁的转移方法(表面张力牵引法),适用于各种目标衬底(刚性衬底,如:SiO/Si、GaN、玻璃等或柔性衬底,如:PI、PET、PEN等)。

玻璃的使用确保了石墨烯膜在各种溶液之间转移时不会与转移介质(载玻片、玻璃或硅片)直接接触。水的表面张力可以确保石墨烯在水面上扩散,从而将石墨烯断裂、褶皱和污染的可能性降至最低。这也直接大大减少了PMMA层的残留物。62500个点的拉曼光谱峰强比(I/I)的平均值仅为0.02318,由转移石墨烯制备的GFET的平均空穴迁移率可以达到3438±84 cm/Vs,这显示了转移石墨烯的卓越品质和均匀性。转移的石墨烯有望应用于透明、导电电极、柔性薄膜、电子器件、散热和防腐等领域,推动CVD石墨烯薄膜的工业化生产。

图文导读

图1. 晶圆级大面积无损石墨烯转移到SiO2/Si衬底的典型过程示意图。

图2。石墨烯薄膜的数字照片(a–c)和OM图片(d-e)将红色转移到SiO2/Si衬底上。(a) 4英寸PMMA/石墨烯/SiO2/Si;(b) 4英寸石墨烯/SiO2/Si;(c) 6英寸石墨烯/SiO2/Si;和OM图片(d–e)石墨烯/SiO2/Si。

图3.四个不同区域的AFM表面形貌分析(a-d)和台阶高度分析(e-f)。

图4.(a)C1s 和 (b) 测量扫描光谱的高分辨率 XPS 光谱。

图5.(a) 成功制造4英寸GSS石墨烯场效应晶体管的数码照片;(b-d)GFET-1和GFET-2的晶体管传输特性曲线,跨导和空穴/电子迁移率。

小结

综上所述,本文报告了一种大面积、晶圆级清洁和无损伤的CVD石墨烯转移的STT技术。我们用OM、拉曼光谱、原子力显微镜和XPS来研究转移到衬底上的石墨烯的质量和均匀性。并制作了GFET来评估其电气性能。XPS测量证实石墨烯的组成只有C原子,表明蚀刻溶液。这种低成本、低污染的CVD石墨烯转移技术有望促进CVD石墨烯在电子器件和其他领域的应用。

文献:

https://doi.org/10.1016/j.carbon.2022.12.055

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