光刻胶辅助的石墨烯晶圆无损转移

廖珺豪 赵一萱 胡兆宁 补赛玉 陆琪 尚明鹏 贾开诚 裘晓辉 谢芹 林立 刘忠范

引用本文: 廖珺豪, 赵一萱, 胡兆宁, 补赛玉, 陆琪, 尚明鹏, 贾开诚, 裘晓辉, 谢芹, 林立, 刘忠范. 光刻胶辅助的石墨烯晶圆无损转移[J]. 物理化学学报, 2023, 39(10): 230603. doi: 10.3866/PKU.WHXB202306038 shu
Citation:  Junhao Liao, Yixuan Zhao, Zhaoning Hu, Saiyu Bu, Qi Lu, Mingpeng Shang, Kaicheng Jia, Xiaohui Qiu, Qin Xie, Li Lin, Zhongfan Liu. Crack-Free Transfer of Graphene Wafers via Photoresist as Transfer Medium[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2023, 39(10): 230603. doi: 10.3866/PKU.WHXB202306038 shu

光刻胶辅助的石墨烯晶圆无损转移

    通讯作者: 裘晓辉, xhqiu@nanoctr.cn; 谢芹, xieqin-cnc@pku.edu.cn; 林立, linli-cnc@pku.edu.cn; 刘忠范, zfliu@pku.edu.cn
  • 基金项目:

    国家自然科学基金 T2188101

    国家自然科学基金 61974139

    国家自然科学基金 51432002

    国家自然科学基金 51520105003

    国家自然科学基金 12232016

    北京市科学技术委员会 Z181100004818001

    北京市科学技术委员会 Z191100000819005

    北京市科学技术委员会 Z191100000819007

    北京市科学技术委员会 Z201100008720005

    国家重点基础研究发展规划项目 2016YFA0200101

    国家重点基础研究发展规划项目 2016YFA0200103

    国家重点基础研究发展规划项目 2019YFA0708203

    北京分子科学国家研究中心 BNLMS-CXTD-202001

摘要: 为实现石墨烯在光通讯、光互联、太赫兹探测等电子和光电子领域的应用价值,需要在硅基衬底上得到大面积、均一且性能优异的石墨烯薄膜材料。而高品质石墨烯薄膜的制备衬底多为金属,因此制备的石墨烯薄膜不可避免地需要通过合适的转移方法,转移到目标应用衬底上。而转移过程通常会引入破损、褶皱和污染物,其原因之一是石墨烯转移和器件加工过程中表面反复涂覆和去除转移介质聚合物和光刻胶类聚合物。为避免反复涂覆与去除高分子聚合物,本文直接利用光刻胶作为转移介质,成功实现了石墨烯的洁净转移。同时,转移后石墨烯的电学性质得到明显改善,平均载流子迁移率可达6200 cm2·V−1·s−1。此方法可实现石墨烯等二维材料无损、洁净转移和高性能器件的构筑,将有助于推动二维材料在电子、光电子器件领域的应用。

English

    1. [1]

      Lange, K.; Muller-Seitz, G.; Sydow, J.; Windeler, A. Res. Policy 2013, 42 (3), 647. doi: 10.1016/j.respol.2012.12.001

    2. [2]

      Yeh, L. Y.; Liao, M. H.; Chen, C. H.; Wu, J.; Lee, J. Y. M.; Liu, C. W.; Lee, T. L.; Liang, M. S. IEEE Trans. Electron Devices 2009, 56 (11), 2848. doi: 10.1109/ted.2009.2030542

    3. [3]

      Welser, J.; Hoyt, J. L.; Gibbons, J. F. IEEE Electron. Device. Lett. 1994, 15 (3), 100. doi: 10.1109/55.285389

    4. [4]

      Radisavljevic, B.; Kis, A. Nat. Mater. 2013, 12 (9), 815. doi: 10.1038/nmat3687

    5. [5]

      Dennard, R. H.; Gaensslen, F. H.; Yu, H. N.; Rideout, V. L.; Bassous, E.; Leblanc, A. R. Proc. IEEE 1999, 87 (4), 668. doi: 10.1109/jproc.1999.752522

    6. [6]

      Novoselov, K. S.; Geim, A. K.; Morozov, S. V.; Jiang, D.; Zhang, Y.; Dubonos, S. V.; Grigorieva, I. V.; Firsov, A. A. Science 2004, 306 (5696), 666. doi: 10.1126/science.1102896

    7. [7]

      Kretinin, A. V.; Cao, Y.; Tu, J. S.; Yu, G. L.; Jalil, R.; Novoselov, K. S.; Haigh, S. J.; Gholinia, A.; Mishchenko, A.; Lozada, M.; et al. Nano Lett. 2014, 14 (6), 3270. doi: 10.1021/nl5006542

    8. [8]

      Castro Neto, A. H.; Guinea, F.; Peres, N. M. R.; Novoselov, K. S.; Geim, A. K. Rev. Mod. Phys. 2009, 81 (1), 109. doi: 10.1103/revmodphys.81.109

    9. [9]

      Cao, Y.; Fatemi, V.; Fang, S.; Watanabe, K.; Taniguchi, T.; Kaxiras, E.; Jarillo-Herrero, P. Nature 2018, 556 (7699), 43. doi: 10.1038/nature26160

    10. [10]

      Giambra, M. A.; Miseikus, V.; Pezzini, S.; Marconi, S.; Montanaro, A.; Fabbri, F.; Sorianello, V.; Ferrari, A. C.; Coletti, C.; Romagnoli, M. ACS Nano 2021, 15 (2), 3171. doi: 10.1021/acsnano.0c09758

    11. [11]

      Goossens, S.; Navickaite, G.; Monasterio, C.; Gupta, S.; Piqueras, J. J.; Perez, R.; Burwell, G.; Nikitskiy, I.; Lasanta, T.; Galan, T.; et al. Nat. Photonics 2017, 11 (6), 366. doi: 10.1038/nphoton.2017.75

    12. [12]

      Marconi, S.; Giambra, M. A.; Montanaro, A.; Miseikis, V.; Soresi, S.; Tirelli, S.; Galli, P.; Buchali, F.; Templ, W.; Coletti, C.; et al. Nat. Commun. 2021, 12 (1), 806. doi: 10.1038/s41467-021-21137-z

    13. [13]

      Liu, C. H.; Chang, Y. C.; Norris, T. B.; Zhong, Z. H. Nat. Nanotechnol. 2014, 9 (4), 273. doi: 10.1038/nnano.2014.31

    14. [14]

      Tian, H.; Yang, Y.; Xie, D.; Cui, Y. L.; Mi, W. T.; Zhang, Y. G.; Ren, T. L. Sci. Rep. 2014, 4, 3598. doi: 10.1038/srep03598

    15. [15]

      Wang, M.; Huang, M.; Luo, D.; Li, Y.; Choe, M.; Seong, W. K.; Kim, M.; Jin, S.; Wang, M.; Chatterjee, S.; et al. Nature 2021, 596 (7873), 519. doi: 10.1038/s41586-021-03753-3

    16. [16]

      Yuan, G. W.; Lin, D. J.; Wang, Y.; Huang, X. L.; Chen, W.; Xie, X. D.; Zong, J. Y.; Yuan, Q. Q.; Zheng, H.; Wang, D.; et al. Nature 2020, 577 (7789), 204. doi: 10.1038/s41586-019-1870-3

    17. [17]

      Chen, T. A.; Chuu, C. P.; Tseng, C. C.; Wen, C. K.; Wong, H. S. P.; Pan, S. Y.; Li, R. T.; Chao, T. A.; Chueh, W. C.; Zhang, Y. F.; et al. Nature 2020, 579 (7798), 219. doi: 10.1038/s41586-020-2009-2

    18. [18]

      Li, Y. L. Z.; Sun, L. Z.; Chang, Z. H.; Liu, H. Y.; Wang, Y. C.; Liang, Y.; Chen, B. H.; Ding, Q. J.; Zhao, Z. Y.; Wang, R. Y.; et al. Adv. Mater. 2020, 32 (29), 2002034. doi: 10.1002/adma.202002034

    19. [19]

      Zhang, J. C.; Lin, L.; Jia, K. C.; Sun, L. Z.; Peng, H. L.; Liu, Z. F. Adv. Mater. 2020, 32 (1), 1903266. doi: 10.1002/adma.201903266

    20. [20]

      Liu, L.; Li, T. T.; Ma, L.; Li, W. S.; Gao, S.; Sun, W. J.; Dong, R. K.; Zou, X. L.; Fan, D. X.; Shao, L. W.; et al. Nature 2022, 605 (7908), 69. doi: 10.1038/s41586-022-04523-5

    21. [21]

      Liu, X. T.; Zhang, J. C.; Wang, W. D.; Zhao, W.; Chen, H.; Liu, B. Y.; Zhang, M. Q.; Liang, F. S.; Zhang, L. J.; Zhang, R.; et al. Nano Res. 2022, 15 (4), 3775. doi: 10.1007/s12274-021-3922-x

    22. [22]

      Ci, H. N.; Chen, J. T.; Ma, H.; Sun, X. L.; Jiang, X. Y.; Liu, K. C.; Shan, J. Y.; Lian, X. Y.; Jiang, B.; Liu, R. J.; et al. Adv. Mater. 2022, 34 (51), 2206389. doi: 10.1002/adma.202206389

    23. [23]

      Akinwande, D.; Huyghebaert, C.; Wang, C. H.; Serna, M. I.; Goossens, S.; Li, L. J.; Wong, H. S. P.; Koppens, F. H. L. Nature 2019, 573 (7775), 507. doi: 10.1038/s41586-019-1573-9

    24. [24]

      Gao, L. B.; Ni, G. X.; Liu, Y. P.; Liu, B.; Neto, A. H. C.; Loh, K. P. Nature 2014, 505 (7482), 190. doi: 10.1038/nature12763

    25. [25]

      Kim, J.; Park, H.; Hannon, J. B.; Bedell, S. W.; Fogel, K.; Sadana, D. K.; Dimitrakopoulos, C. Science 2013, 342 (6160), 833. doi: 10.1126/science.1242988

    26. [26]

      Qing, F. Z.; Zhang, Y. F.; Niu, Y. T.; Stehle, R.; Chen, Y. F.; Li, X. S. Nanoscale 2020, 12 (20), 10890. doi: 10.1039/d0nr01198c

    27. [27]

      Leong, W. S.; Wang, H. Z.; Yeo, J. J.; Martin-Martinez, F. J.; Zubair, A.; Shen, P. C.; Mao, Y. W.; Palacios, T.; Buehler, M. J.; Hong, J. Y.; et al. Nat. Commun. 2019, 10 (1), 867. doi: 10.1038/s41467-019-08813-x

    28. [28]

      Zhang, Z. K.; Du, J. H.; Zhang, D. D.; Sun, H. D.; Yin, L. C.; Ma, L. P.; Chen, J. S.; Ma, D. G.; Cheng, H. M.; Ren, W. C. Nat. Commun. 2017, 8, 14560. doi: 10.1038/ncomms14560

    29. [29]

      Zhao, Y. X.; Song, Y. Q.; Hu, Z. N.; Wang, W. D.; Chang, Z. H.; Zhang, Y.; Lu, Q.; Wu, H. T.; Liao, J. H.; Zou, W. T.; et al. Nat. Commun. 2022, 13 (1), 4409. doi: 10.1038/s41467-022-31887-z

    30. [30]

      Hu, Z. N.; Li, F. F.; Wu, H. T.; Liao, J. H.; Wang, Q.; Chen, G.; Shi, Z. F.; Zhu, Y. Q.; Bu, S. Y.; Zhao, Y. X.; et al. Adv. Mater. 2023, 35 (29), 2300621. doi: 10.1002/adma.202300621

    31. [31]

      De Fazio, D.; Purdie, D. G.; Ott, A. K.; Braeuninger-Weimer, P.; Khodkov, T.; Goossens, S.; Taniguchi, T.; Watanabe, K.; Livreri, P.; Koppens, F. H. L.; et al. ACS Nano 2019, 13 (8), 8926. doi: 10.1021/acsnano.9b02621

    32. [32]

      Matsumae, T.; Fujino, M.; Suga, T. ECS J. Solid State Sci. Technol. 2017, 6 (8), 512. doi: 10.1149/2.0111708jss

    33. [33]

      Song, Y. Q.; Gao, Y. Q.; Liu, X. T.; Ma, J.; Chen, B. H.; Xie, Q.; Gao, X.; Zheng, L. M.; Zhang, Y.; Ding, Q. J.; et al. Adv. Mater. 2022, 34 (1), 2105851. doi: 10.1002/adma.202105851

    34. [34]

      Lin, Y. C.; Lu, C. C.; Yeh, C. H.; Jin, C. H.; Suenaga, K.; Chiu, P. W. Nano Lett. 2012, 12 (1), 414. doi: 10.1021/nl203733r

    35. [35]

      Matsumae, T.; Koehler, A. D.; Greenlee, J. D.; Anderson, T. J.; Baumgart, H.; Jernigan, G. G.; Hobart, K. D.; Kub, F. J. ECS J. Solid State Sci. Technol. 2015, 4 (7), 190. doi: 10.1149/2.0031507jss

    36. [36]

      Lui, C. H.; Liu, L.; Mak, K. F.; Flynn, G. W.; Heinz, T. F. Nature 2009, 462 (7271), 339. doi: 10.1038/nature08569

    37. [37]

      Hu, Z. N.; Zhao, Y. X.; Zou, W. T.; Lu, Q.; Liao, J. H.; Li, F. F.; Shang, M. P.; Lin, L.; Liu, Z. F. Adv. Funct. Mater. 2022, 32 (42), 2203179. doi: 10.1002/adfm.202203179

    38. [38]

      Chang, Z.; Yang, R.; Wei, Y. J. Mech. Phys. Solids 2019, 132, 103697. doi: 10.1016/j.jmps.2019.103697

    39. [39]

      Lee, J. E.; Ahn, G.; Shim, J.; Lee, Y. S.; Ryu, S. Nat. Commun. 2012, 3, 1024. doi: 10.1038/ncomms2022

    40. [40]

      Petrone, N.; Dean, C. R.; Meric, I.; Van der Zande, A. M.; Huang, P. Y.; Wang, L.; Muller, D.; Shepard, K. L.; Hone, J. Nano Lett. 2012, 12 (6), 2751. doi: 10.1021/nl204481s

    41. [41]

      Banszerus, L.; Schmitz, M.; Engels, S.; Dauber, J.; Oellers, M.; Haupt, F.; Watanabe, K.; Taniguchi, T.; Beschoten, B.; Stampfer, C. Sci. Adv. 2015, 1 (6), 1500222. doi: 10.1126/sciadv.1500222

    42. [42]

      Pezzini, S.; Miseikis, V.; Pace, S.; Rossella, F.; Watanabe, K.; Taniguchi, T.; Coletti, C. 2D Mater. 2020, 7 (4), 041003. doi: 10.1088/2053-1583/aba645

    43. [43]

      Wang, L.; Meric, I.; Huang, P. Y.; Gao, Q.; Gao, Y.; Tran, H.; Taniguchi, T.; Watanabe, K.; Campos, L. M.; Muller, D. A.; et al. Science 2013, 342 (6158), 614. doi: 10.1126/science.1244358

    44. [44]

      Du, X.; Skachko, I.; Barker, A.; Andrei, E. Y. Nat. Nanotechnol. 2008, 3 (8), 491. doi: 10.1038/nnano.2008.199

    45. [45]

      Ki, D. K.; Morpurgo, A. F. Nano Lett. 2013, 13 (11), 5165. doi: 10.1021/nl402462q

    46. [46]

      Lee, W. H.; Park, Y. D. Adv. Mater. Interfaces 2018, 5, 1700316. doi: 10.1002/admi.201700316

    47. [47]

      Lee, W. H.; Park, J.; Kim, Y.; Kim, K. S.; Hong, B. H.; Cho, K. Adv. Mater. 2011, 23 (30), 3460. doi: 10.1002/adma.201101340

    48. [48]

      Gammelgaard, L.; Caridad, J. M.; Cagliani, A.; Mackenzie, D. M. A.; Petersen, D. H.; Booth, T. J.; Boggild, P. 2D Mater. 2014, 1 (3), 035005. doi: 10.1088/2053-1583/1/3/035005

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  2
  • 文章访问数:  465
  • HTML全文浏览量:  60
文章相关
  • 发布日期:  2023-10-15
  • 收稿日期:  2023-06-26
  • 接受日期:  2023-07-24
  • 修回日期:  2023-07-19
  • 网络出版日期:  2023-08-07
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章