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Optimiertes Rosin-Transfer-Verfahren minimiert Rückstände auf Graphen-Oberflächen

Zusammenfassung

In dieser Arbeit wird ein verbessertes Rosin-Transfer-Verfahren initiiert. Eine Anisol-Beschichtung wird basierend auf dem Rosin-Transfer-Prozess eingeführt, um Rückstandspartikel auf der Oberfläche von transferiertem Graphen zu reduzieren. Rosin/Graphen- und Anisol/Rosin/Graphen-Proben werden ohne Backen und mit Backen bei verschiedenen Temperaturen (100 °C, 150 °C und 200 °C) behandelt. Rasterkraftmikroskopie (AFM) und Raman-Spektroskopie werden eingesetzt, um die Oberflächeneigenschaften des transferierten Graphens zu charakterisieren. Die Entfernung der schützenden Rosin-Schicht und der Anisol/Rosin-Schichten ohne Backen erweist sich als effektiver und vorteilhafter im Vergleich zum herkömmlichen PMMA-Transfer-Prozess. Darüber hinaus werden durch die Einführung von Anisol im verbesserten Rosin-Transfer-Prozess bessere Ergebnisse in Bezug auf reduzierte Oberflächenrauheit und Rückstandspartikel erzielt. Gleichmäßiger und niedriger Schichtwiderstand (Rₛₕ) wird auch über transferiertem Graphen mit diesem verbesserten Prozess beobachtet.

Hintergrund

Die oben beschriebenen Eigenschaften beziehen sich meist auf intrinsisches Graphen. In der Realität ist für das Erreichen dieser komplexen Eigenschaften ein großflächiges Wachstum von Graphen erforderlich. Für das Wachstum von Graphen ist die chemische Gasphasenabscheidung (CVD) eine effiziente und kostengünstige Methode zur Herstellung von großflächigem Einlagengraphen [9]. Allerdings erfordert sie einen Metallsubstrat wie Cu bei der CVD-Methode zum Wachsen von Graphen. Die volle Nutzung der hervorragenden Eigenschaften von Graphen erfordert, dass das gewachsene Graphen auf eine Vielzahl von Substraten transferiert wird. Da CVD-gewachsenes Graphen für Anwendungen in Hochleistungs-Elektronikbauteilen und transparenten Elektroden attraktiver ist [10, 11], wurden verschiedene Methoden entwickelt, um es auf isolierende Materialien wie Polydimethylsiloxan (PDMS) [12], Polymethylmethacrylat (PMMA) [13-16] und Polycarbonat (PC) [17] zu transferieren, gefolgt von der Entfernung dieser Polymere durch Lösung in organischen Lösungsmitteln. Dennoch bleibt trotz intensiver Sorgfalt bei solchen Methoden die starke Wechselwirkung zwischen Polymeren und Graphen sowie die geringe Löslichkeit der Polymere in Lösungsmitteln leider eine vollständige Entfernung von Polymerresten sehr schwierig. Die verbleibenden Polymerreste und Schäden am transferierten Graphen verschlechtern die Leistung von Graphen-basierten Bauelementen erheblich. Daher stellen die resultierende Oberflächenrauheit und Schäden am transferierten Graphen eine große Herausforderung bei der Verbesserung der optischen, elektrischen und mechanischen Eigenschaften von Graphen dar [18, 19]. Um diese Eigenschaften voll auszunutzen, ist ein skalierbares Transferverfahren, bei dem die Anforderungen an weniger Beeinträchtigungen und Polymerfreiheit erfüllt werden können, dringend erwünscht.

Um diese Anforderungen zu erfüllen, besteht die erste Notwendigkeit darin, den Grund für Beeinträchtigungen auf der Graphen-Oberfläche zu untersuchen. Die Beeinträchtigungen resultieren hauptsächlich aus der Entfernung der schützenden Polymerschicht in Lösungsmitteln. Der Zweck dieser schützenden Polymerschicht ist es, das Graphen vor Falten, Rissen und Brüchen zu schützen. Eine gute Schutzschicht sollte eine niedrige Adsorptionsenergie (Eₐd), gute Stützfestigkeit und gute Löslichkeit in Lösungsmitteln aufweisen, wobei die letzte die einfache Entfernung dieser Schutzschicht nach dem Graphen-Transfer garantiert. Kürzlich wurde berichtet, dass Rosin (C₁₉H₂₉COOH), ein kleines natürliches organisches Molekül, eine gute Schutzschicht mit niedriger Eₐd (1,04 eV) im Vergleich zu dem häufig verwendeten PMMA (Eₐd > 1,45 eV), guter Stützfestigkeit und vor allem einer einfachen Entfernung in Lösungsmitteln aufgrund der intrinsischen Eigenschaft als kleines Molekül bietet [20]. Daher fördert Rosin unser Interesse, sauberen und schadensfreien Transfer von CVD-gewachsenem Graphen immens zu unterstützen.

Hier beschreiben wir den Rosin-Transfer von CVD-gewachsenem Graphen, der sich als gut löslich in organischen Lösungsmitteln erwiesen hat, schwache Wechselwirkung mit Graphen aufweist und ausreichende mechanische Stützfestigkeit bietet. Die Glasübergangstemperatur von Rosin beträgt 70 °C. Da in unserer Arbeit bei Verwendung des Rosin-Transfer-Prozesses noch erhebliche Polymerreste existieren, wird ein verbessertes Rosin-Transfer-Verfahren vorgeschlagen, bei dem eine Anisol-Nachbeschichtung eingeführt wird, um die Polymerreste bemerkenswert zu reduzieren. Darüber hinaus werden Proben vor dem Eintauchen in Aceton zum Auflösen der schützenden Polymerschicht auf Graphen, d.h. Rosin und Anisol/Rosin, bei 100 °C, 150 °C und 200 °C für 30 Minuten gebacken, um zu untersuchen, ob Backen Auswirkungen auf die Entfernung von Polymerresten und die Verbesserung der Oberflächenrauheit des transferierten Graphens hat. Die Ergebnisse wurden mit dem vorherrschenden PMMA-Transfer-Prozess verglichen.

Darstellung der Hypothese

Die hier verwendeten Graphen-Proben wurden auf einer 25-µm-dicken Kupferfolie (Cu) (5 × 5 cm²) durch Niederdruck-Chemische-Gasphasenabscheidung (LPCVD) in einem Quarzrohr-Ofen [21, 22] gezüchtet. Zunächst wurde die Kupferfolie in Wasserstoffatmosphäre bei 1010 °C und 300 Pascal Druck für 1 Stunde geglüht. Dann wurde die Zersetzung des Vorläufers (CH₄:H₂ = 0,5:300 sccm) bei gleicher Temperatur/Druck für 50 Minuten in den Ofen geleitet, um einen dünnen kristallinen Graphenfilm zu wachsen. Nach der Synthese wurden die Graphen-Proben auf Raumtemperatur abgekühlt (der Methanfluss wurde bei 600 °C gestoppt). Da sich Kohlenstoff im Metall bis zu wenigen Atomprozent auflöst, wird die Verwendung von nicht-karbidbildenden Metallen, z.B. Cu, Ni und Pt, bevorzugt [23]. Die häufig verwendeten Metalle sind Ni und Cu, die beide als Katalysator wirken. Obwohl Ni billiger als Cu ist, wurde festgestellt, dass die thermisch katalytische Zersetzung von Methan auf Kupferfolie ein selbstlimitierender Prozess ist. In diesem Fall wurde berichtet, dass 95 % der Substratoberfläche mit Graphen bedeckt sind [21]. Daher wird Cu zur populären Wahl als Substratmaterial für CVD-gewachsenes Einlagengraphen. Abb. 1 zeigt das optische Mikroskopbild und die Raman-Spektren von CVD-gewachsenem Graphen.

Optimiertes Rosin-Transfer-Verfahren minimiert Rückstände auf Graphen-Oberflächen
a Optisches Mikroskopbild von CVD-gewachsenem Graphen auf Cu. b Raman-Spektroskopie von CVD-gewachsenem Graphen auf Cu

Abb. 2 veranschaulicht die Schemata des Rosin-Transfers und des verbesserten Rosin-Transfer-Prozesses. Rosin wurde auf das CVD-gewachsene Graphen aufgespinnt als Schutzschild vor Beschädigungen während des Transferprozesses. Die 50 Gew.-% Lösung von Rosin (C₁₉H₂₉COOH) in Ethyllactat wurde wegen hoher Viskosität und guter Filmbildungseigenschaft verwendet. Beachten Sie, dass die Verwendung von Rosin mit Konzentrationen unter 50 Gew.-% normalerweise zu geringerer Viskosität, glatteren und schlechter filmbildenden Eigenschaften führt, die keine ausreichende Unterstützung für Graphen bieten können. Die Rosin/Graphen/Cu-Proben wurden dann 50 Sekunden in Reinigungslösung (HCl:H₂O₂:H₂O = 1:1:1) gelegt, um Staub und Rückstände auf der Rückseite des Cu während des Aufspinnens zu entfernen. Die zugängliche Graphen-Kupfer-Seite wurde dann durch Eintauchen in eine Marmollösung HCl (50 ml):H₂O (50 ml):CuSO₄·5H₂O (10 g) für 1,5 Stunden geätzt, wobei eine biegsame Membran aus Rosin/Graphen in der Lösung zurückblieb. Die schwebende Membran wurde 5-mal in DI-Wasser übertragen, um restliche Ätzlösung zu spülen. Die schwebende flexible und fragile Membran wurde mit Sorgfalt und Präzision auf das SiO₂-Substrat übertragen. Ein modifizierter Rosin-Transfer-Prozess wurde vorgeschlagen, um die Polymerreste weiter zu reduzieren und die Qualität des transferierten Graphens zu verbessern, wobei Rosin/Graphen/SiO₂-Proben mit Anisol bei 500 rpm für 10 s und bei 1200 rpm für 30 s aufgespinnt wurden. Alle Proben wurden in nicht gebacken (Raumtemperatur, RT) und gebacken bei 100 °C, 150 °C und 200 °C für 30 Minuten kategorisiert. Die stützende Rosin-Schicht wird durch Acetonbad entfernt, während Anisol im verbesserten Rosin-Transfer-Prozess verwendet wird, der ebenfalls durch Acetonbad entfernt wird. Alle transferierten Graphen wurden mit Raman-Spektroskopie bei 532 nm Anregungswellenlänge in Luft mit ×100 Objektiv charakterisiert, um die Qualität von pristine und transferiertem Graphen-Layer mit dem verbesserten Rosin-Transfer-Prozess zu bestimmen. Die AFM-Charakterisierung erfolgt im Tapping-Modus mit dem Bruker Dimension Icon-Modell bei Standardtemperatur und Atmosphärendruck. Die Vier-Punkt-Messung (Kelvin-Technik) wird durchgeführt, um den Schichtwiderstand an zufälligen Punkten auf der 2 × 2 cm² Fläche der Proben zu messen.

Optimiertes Rosin-Transfer-Verfahren minimiert Rückstände auf Graphen-Oberflächen
Schemata des Transferprozesses

Testen der Hypothese

Abb. 3 zeigt die AFM-Bilder von Graphen unter Verwendung des Rosin-Transfer-Prozesses ohne Backen, hier als Raumtemperatur (RT) beschrieben, und mit Backen bei verschiedenen Temperaturen, d.h. 100 °C, 150 °C und 200 °C für 30 Minuten. Die Oberflächenmorphologie des transferierten Graphens wurde mit AFM im Nahkontakt (Tapping) Modus und Standardatmosphärenbedingungen untersucht. Wie zu sehen, sind sichtbare Falten auf der Oberfläche aller Graphen-Proben vorhanden, die nicht vermieden werden können, solange CVD-gewachsenes Graphen auf Cu verwendet wird. Abgesehen von Falten neigen einige Rosin-Reste dazu, auf der Oberfläche zu verbleiben, die als weiße Punkte im AFM-Spektrographiebild sichtbar sind. Wenn man genauer hinsieht, zeigt der RT-Fall die meisten Partikel im Gegensatz zu den anderen mit Backen. Dies demonstriert klar, dass Backen nützlich ist, um Rückstandspartikel im Rosin-Transfer-Prozess zu reduzieren. Die quadratischen Mittelwerte (RMS) und Rauheitswerte (Rq) des transferierten Graphens werden ebenfalls durch Scannen einer Oberfläche von 10 µm × 10 µm erfasst. Im Vergleich zu Rq-Werten von 0,889 nm, 0,97 nm und 0,992 nm für Graphen, das bei 100, 150 und 200 °C gebacken wurde, tritt der niedrigste Rq-Wert von 0,668 nm für Graphen ohne Backen auf. Dies weist jedoch darauf hin, dass Backen nicht vorteilhaft ist, um einen niedrigen Rq-Wert zu erreichen, was auch für praktische Bauelementanwendungen von Graphen erwünscht ist. Dieser Rq-Wert kann besonders als Quantifizierung der Oberflächenmorphologie des transferierten Graphens verwendet werden. Die zwischen der biegsamen Graphen-Membran und SiO₂ während der Aufnahme aus DI-Wasser eingeschlossenen Wassermoleküle würden das Graphen reißen und dadurch Risse im Graphen erzeugen. Als Ergebnis erhöht sich der Rq-Wert mit steigender Backtemperatur. Es wird daher nicht empfohlen, Graphen bei hohen Temperaturen zu backen, auch wenn Backen gut darin ist, Rückstandspartikel zu reduzieren.

Optimiertes Rosin-Transfer-Verfahren minimiert Rückstände auf Graphen-Oberflächen
AFM-Spektrum von a Rosin/Graphen-beschichtetem Transfer bei Raumtemperatur (RMS = 0,668 nm) und b–d Rosin/Graphen-Probe gebacken bei 100 °C (RMS = 0,889 nm), 150 °C (RMS = 0,97 nm) und 200 °C (RMS = 0,992 nm)

Abb. 4 zeigt die AFM-Bilder von Graphen unter Verwendung des verbesserten Rosin-Transfer-Prozesses in Gegenwart von Anisol ohne Backen (RT) und mit Backen bei verschiedenen Temperaturen, d.h. 100 °C, 150 °C und 200 °C für 30 Minuten. Wie zu sehen, werden Falten auch für alle transferierten Graphen beobachtet, aber die Sichtbarkeit ist schwächer im Vergleich zum reinen Rosin-Transfer-Prozess in Abb. 3 und PMMA-Transfer-Prozess in Abb. 5. Wie erwartet, sind die Rückstandspartikel für alle Graphen im scharfen Kontrast zu den Beobachtungen in Abb. 3 stark reduziert. Im verbesserten Rosin-Transfer-Prozess wäre diese bemerkenswerte Reduktion der Rückstandspartikel durch die Einführung von Anisol eher auf die Fähigkeit von Anisol als starkes Lösungsmittel in Zusammenarbeit mit Aceton zurückzuführen. Anisol/Rosin löst sich leichter in Aceton als reines Rosin, was zu saubererem Graphen im verbesserten Rosin-Transfer-Prozess führt. Zusätzlich betragen die Rq-Werte für Graphen ohne Backen und mit Backen bei 100, 150 und 200 °C 0,523 nm, 0,887 nm, 0,95 nm und 0,98 nm. Eine Entspannung des transferierten Graphens durch die Einführung von Anisol mag dazu beitragen, den niedrigeren Rq-Wert von 0,523 nm im verbesserten Rosin-Transfer-Prozess zu erreichen als den von 0,668 nm im Rosin-Transfer-Prozess, während der niedrigste Wert für Rq im Fall des herkömmlichen Transferverfahrens mit PMMA 1,03 nm beträgt. In diesem verbesserten Rosin-Transfer-Prozess wird erneut bewiesen, dass Backen nicht vorteilhaft ist, um einen niedrigen Rq-Wert zu erreichen, aus ähnlichem Grund, d.h. Risse, die während des Backens bei hoher Temperatur entstehen. Beachten Sie, dass im Vergleich zum Rq-Wert von 1,03 nm im PMMA-Transfer-Prozess sowohl der Rosin- als auch der verbesserte Rosin-Transfer-Prozess viel kleinere Rq-Werte aufweisen, was die Überlegenheit der in dieser Arbeit eingesetzten Graphen-Transfer-Prozesse manifestiert. Im Vergleich zur Rq-Rauheit ist die maximale Höhe großer Rückstandspartikel (Rmax) auch ein wichtiger Parameter in der Anwendung von großflächigen Dünnschichtbauelementen, da er bestimmt, ob Kurzschlüsse in Bauelementen auftreten können. Abb. 6b zeigt den durchschnittlichen Rmax bei Raumtemperatur, 100 °C, 150 °C und 200 °C. Der Minimalwert für Rmax, d.h. 15 nm, wird bei RT für Anisol/Rosin/Graphen erreicht. Dies bestätigt auch den Vorteil des verbesserten Rosin-Transfer-Prozesses bei RT.

Optimiertes Rosin-Transfer-Verfahren minimiert Rückstände auf Graphen-Oberflächen
AFM-Spektrum von a Anisol/Rosin/Graphen-beschichtetem Transfer bei Raumtemperatur (RMS = 0,523 nm) und b–d Anisol/Rosin/Graphen-Probe gebacken bei 100 °C (RMS = 0,887 nm), 150 °C (RMS = 0,950 nm) und 200 °C (RMS = 0,98 nm)
Optimiertes Rosin-Transfer-Verfahren minimiert Rückstände auf Graphen-Oberflächen
AFM-Spektrum von a PMMA-beschichtetem Transfer bei Raumtemperatur (RMS = 1,03 nm) und b–d PMMA-transferierte Probe gebacken bei 100 °C (RMS = 1,51 nm), 150 °C (RMS = 1,49 nm) und 200 °C (RMS = 1,72 nm)
Optimiertes Rosin-Transfer-Verfahren minimiert Rückstände auf Graphen-Oberflächen
a Wurzelmittlere quadratische (RMS) (nm) Rauheit von PMMA, Rosin/Graphen und Anisol/Rosin/Graphen. b Maximale Höhe (Rmax) von PMMA, Rosin/Graphen und Anisol/Rosin/Graphen-beschichtetem Transfer

Trotzdem der verbesserte Rosin-Transfer-Prozess offensichtlich vorteilhaft in Bezug auf Rückstandspartikel und Rq-Werte und Rmax ist, verdient die Qualität des transferierten Graphens eine Bewertung. In Abb. 7 werden die Raman-Spektren des transferierten Graphens unter Verwendung der Rosin- und verbesserten Rosin-Transfer-Prozesse ohne Backen (RT) und mit Backen bei 100 °C, 150 °C und 200 °C dargestellt. Wie in Abb. 7a zu sehen, befinden sich zwei Peaks in den Raman-Spektren bei 1580 cm⁻¹ (G), einem primären in-plane Schwingungsmodus, und 2676 cm⁻¹, einem zweiten Ordnungs-Oberton einer anderen in-plane Schwingung (2D). Diese Peaks stammen von einem 532-nm-Anregungslaser. Die Position und Form dieser beiden Peaks sind prominent und definieren das Material eindeutig als Graphen. Auch die Verhältnisse der 2D-Bande zu G-Bande Intensitäten (I₂D/I_G) betragen 1,61 bis 1,65, was auf die Einzellage des transferierten Graphens hinweist. Das Fehlen von D-Peaks in den Raman-Spektren für transferiertes Graphen mit Backen bei verschiedenen Temperaturen bestätigt, dass Unordnung bei beiden, dem Rosin- und verbesserten Rosin-Transfer-Prozess, unwahrscheinlich ist. Auch werden keine Rosin- und Anisol-bezogenen Peaks für alle transferierten Graphen detektiert. Die Annahme, keine Rosin- oder Anisol-bezogenen Peaks, wurde auf der Tatsache getroffen, dass die Raman-Spektren nach dem Transferprozess gleich erschienen wie jene, die im Vergleich zu den Raman-Spektren von pristine Graphen auf Cu beobachtet wurden. Das Auftreten eines D-Peaks nach dem Transferprozess in der gebackenen Probe zeigt die induzierten Defekte während der Entfernung von Rosin. Darüber hinaus sind die Rosin-Reste nach dem Transferprozess sehr gering. Daher sind Rosin-bezogene Peaks in den Raman-Spektren des transferierten Graphens unwahrscheinlich.

Optimiertes Rosin-Transfer-Verfahren minimiert Rückstände auf Graphen-Oberflächen
b Raman-Spektrum von Rosin/Graphen-beschichtetem Transfer bei verschiedenen Temperaturen im Vergleich zu PMMA-Transfer. b Raman-Spektrum von Anisol/Rosin/Graphen-beschichtetem Transfer bei verschiedenen Temperaturen im Vergleich zu PMMA-Transfer

Verschiebungen sowohl der G- als auch der 2D-Raman-Peaks von Graphen werden normalerweise durch eine Kombination von Spannung und Dotierung aufgrund der Wechselwirkung mit dem Substrat oder der Stützschicht während des Transferprozesses erzeugt. Es ist bekannt, dass der Blauverschiebung sowohl der G-Bande als auch der 2D-Bande Positionen p-Dotierung von Graphen anzeigen. Die damit verbundene 2D-Peak-Aufwärtsverschiebung von ~ 6 cm⁻¹ demonstriert die Dotierung des Rosin-Transfer-Prozesses; das beschriebene Phänomen wurde zuvor in der Literatur berichtet [24, 25]. Die Peak-Intensität für transferiertes Graphen ohne Backen ist offensichtlich höher als die mit Backen bei hohen Temperaturen. Außerdem beträgt der Halbwertsbreite (FWHM) Wert der 2D-Bande für transferiertes Graphen ohne Backen 38,18 cm⁻¹, was der kleinste im Vergleich zu denen mit Backen bei hohen Temperaturen ist. Diese Ergebnisse bedeuten, dass Raumtemperatur günstig für die Erreichung von hochwertigem Graphen während des Rosin-Transfer-Prozesses ist.

In Abb. 7b werden die Raman-Spektren für transferiertes Graphen unter Verwendung des verbesserten Rosin-Transfer-Prozesses gezeigt; ähnliche Beobachtungen können für transferiertes Graphen unter Verwendung des Rosin-Transfer-Prozesses gemacht werden. Die Peak-Intensität ist auch sehr hoch, und der FWHM-Wert der 2D-Bande für transferiertes Graphen ohne Backen beträgt 35,79 cm⁻¹, was etwas niedriger ist als in Abb. 7a. Alle oben genannten Ergebnisse manifestieren, dass die Qualität des transferierten Graphen intakt oder sogar besser ist, wenn dieser verbesserte Rosin-Transfer-Prozess verwendet wird, im Vergleich zum Rosin-Transfer-Prozess.

Abb. 8a veranschaulicht die I-V-Kennlinien des transferierten Graphens unter Verwendung der PMMA-, Rosin- und Anisol/Rosin-Transfer-Prozesse. Um die Qualität des transferierten Graphens zu überprüfen, werden die Schichtwiderstandsdaten (Rₛₕ) erfasst und in Abb. 8b, c dargestellt. Der Schichtwiderstand wurde mit einem 4-Sonden-Widerstandsmesssystem gemessen. Darüber hinaus ist dies eine wesentliche und Hauptmetrik der elektrischen Leistung für 2D-Materialien. Rₛₕ wird an 5 Punkten auf jeder Probe gemessen. Die Probengröße beträgt etwa 2 × 2 cm², um zuverlässige Ergebnisse zu erhalten. In Abb. 8b werden die Rₛₕ-Daten für transferiertes Graphen unter Verwendung des Rosin-Transfer-Prozesses an zufälligen Stellen präsentiert. Wie zu sehen, werden für alle Graphen gestreute Rₛₕ-Werte im Bereich von 500-700 Ω/□ über die Oberfläche des transferierten Graphens gefunden. Der niedrigste Wert von Rₛₕ tritt für Graphen ohne Backen auf, was auch in guter Übereinstimmung mit den Beobachtungen aus den Raman-Spektren steht. In Abb. 8c werden die Rₛₕ-Werte für transferiertes Graphen unter Verwendung des verbesserten Rosin-Transfer-Prozesses gezeigt. Wie zu sehen, ist im Vergleich zu Abb. 8a die Uniformität von Rₛₕ viel besser und der Bereich der Rₛₕ-Werte ist signifikant enger, d.h. 500-600 Ω/□. Noch wichtiger ist, dass die Rₛₕ-Werte im verbesserten Rosin-Transfer-Prozess allgemein niedriger sind als jene im Rosin-Transfer-Prozess und der niedrigste Rₛₕ-Wert von ~ 500 Ω/□ tritt auch für Graphen ohne Backen auf. Abb. 9a, b zeigt den durchschnittlichen Wert des Schichtwiderstands über die Probenoberfläche. Das Balkendiagramm zeigt deutlich, dass der durchschnittliche Wert des Schichtwiderstands für den verbesserten Rosin-Transfer-Prozess der niedrigste ist, d.h. 493,4 Ω/□. Dies demonstriert erneut die Überlegenheit dieses verbesserten Transferprozesses in der vorliegenden Arbeit in Bezug auf elektrische Leistung. Natürlich ist es erwähnenswert, dass abgesehen von der verbesserten elektrischen Leistung, Änderungen im Schichtwiderstand auch das Ergebnis anderer Faktoren wie Dotierung sein könnten.

Optimiertes Rosin-Transfer-Verfahren minimiert Rückstände auf Graphen-Oberflächen
a I-V-Kennlinie für typisches transferiertes Graphen durch Verwendung von PMMA, Rosin und Anisol/Rosin Graphen. b Schichtwiderstand Rₛₕ Messung an 5 verschiedenen zufälligen Stellen von transferiertem Graphen durch Rosin/Graphen. c Schichtwiderstandsmessung an 5 verschiedenen zufälligen Stellen von transferiertem Graphen durch Anisol/Rosin/Graphen
Optimiertes Rosin-Transfer-Verfahren minimiert Rückstände auf Graphen-Oberflächen
a Durchschnittlicher Wert der Schichtwiderstandsmessung des Rosin-Transfer-Prozesses. b Durchschnittswerte des Schichtwiderstands des verbesserten Rosin-Transfer-Prozesses mit dem minimalen Schichtwiderstandswert von 493,4 Ω/□ bei RT

Implikationen der Hypothese

In dieser Arbeit wird ein verbessertes Rosin-Transfer-Verfahren vorgeschlagen, um Rückstandspartikel auf der Basis des Rosin-Transfer-Prozesses weiter zu reduzieren. Der etablierte verbesserte Transferprozess wird mit dem herkömmlichen PMMA-Transfer-Prozess verglichen. Es wird festgestellt, dass dieser verbesserte Rosin-Transfer-Prozess durch die Einführung von Anisol tatsächlich vorteilhaft in Bezug auf signifikant reduzierte Rückstandspartikel sowie gute Qualität des transferierten Graphens ist. Diese bemerkenswerte Reduktion der Rückstandspartikel wäre eher auf die Fähigkeit von Anisol als starkes Lösungsmittel in Zusammenarbeit mit Aceton zurückzuführen. Anisol/Rosin löst sich leichter in Aceton als reines Rosin, was zu saubererem Graphen in diesem verbesserten Rosin-Transfer-Prozess führt. Der FWHM-Wert der 2D-Bande für transferiertes Graphen unter Verwendung des verbesserten Rosin-Transfer-Prozesses beträgt 35,79 cm⁻¹, was offensichtlich niedriger ist als 38,18 cm⁻¹ für Transfer-Graphen unter Verwendung des Rosin-Transfer-Prozesses. Zusätzlich zeigt transferiertes Graphen unter Verwendung des verbesserten Rosin-Transfer-Prozesses allgemein niedrigere Rₛₕ-Werte von 500-600 Ω/□ als jene von 500-700 Ω/□ unter Verwendung des Rosin-Transfer-Prozesses. Das Backen bei hohen Temperaturen zeigt marginale Effekte auf Rückstandspartikel und Qualität für transferiertes Graphen, was daher nicht empfohlen wird. Die in dieser Arbeit erzielten Ergebnisse sollten hilfreich sein, um saubere Graphen-Transfer-Prozesse voranzutreiben, um in Zukunft Graphen-basierte Bauelemente hoher Leistung zu realisieren.

Verfügbarkeit von Daten und Materialien

Die Autoren erklären, dass die Materialien, Daten und zugehörigen Protokolle den Lesern zur Verfügung stehen, und alle für die Analyse verwendeten Daten sind in diesem Artikel enthalten.

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