[发明专利]一种去除碳基薄膜表面光刻胶的方法及应用

说明书

技术领域

本发明提出了一种去除碳基薄膜表面光刻胶的方法，可用于去除碳基薄膜表面或基于此 材料的器件结构表面的聚合物，在物理学、材料学、微纳电子学等领域具有应用前景。

背景技术

碳基薄膜包括石墨烯(单层、双层和多层)和石墨等。石墨烯是目前最热门的二维材料， 具有高电子迁移率(室温下电子的迁移率为15000cm²·V^-1·s^-1)和热导率(5000W·m^-1·K^-1))，具有 极高比表面积(约2630cm²·g^-1)和机械强度(130GPa)。这些优异的性能使其成为高速电子器件、 传感器、光电子器件等研究中的热点。同时，石墨烯具有极佳的柔韧性，使其在柔性电子器 件方面具有更大的优势。新型石墨烯电子器件的研究，将使其在微纳电子学等领域具有巨大 的应用前景。

石墨烯电子器件制造过程中要用到光刻胶(PMMA等)，然而，光刻胶与石墨烯表面附着 力强，传统工艺不能完全去除光刻胶，会在石墨烯表面形成1～2nm的残留。光刻胶残留会作 为散射中心，增强石墨烯载流子散射，减小其平均自由程，显著降低石墨烯载流子迁移率， 并且导致石墨烯不可控的p型掺杂。目前解决光刻胶残留的办法是，在真空或氢气/氩气气氛 下高温(100℃以上)退火。但是，退火会导致石墨烯缺陷增多，改变其电子性质，并且可能使 石墨烯氧化，导致P型掺杂加重。

发明内容

本发明目的在于提出了一种去除碳基薄膜表面光刻胶的方法。

本发明可通过如下技术方案实现：

一种去除碳基薄膜表面光刻胶的方法，包括以下步骤：

(1)选取带有残留光刻胶的碳基薄膜样品；

(2)将样品放置于拉曼光谱系统(激光波长可选用514、532或633nm等)的光学显微 镜的激光出射口下方。调整薄膜样品位置到显微镜视野内，调节显微镜焦距，并聚焦到薄膜 样品表面。

(3)用低能量的聚焦激光束对准薄膜样品需要去胶位置，此时激光强度应在3mW以下， 以保证激光斑很小，定位精确。

(4)用较高能量的激光束照射或扫描薄膜样品表面一定时间，从而去除光刻胶残留；高 能激光束强度为10～40mW，时间在5s至10min范围之内。

本发明去除碳基薄膜表面光刻胶的方法可以应用于石墨烯晶体管的制备。

本发明的技术效果如下：

本发明利用较高能量激光束照射或扫描薄膜，碳基薄膜样品在激光束下照射时，激光束 与膜样表面光刻胶之间会发生相互作用，使光刻胶分子中C-H、C-C键断裂，形成小分子并 具有较高能量，并使光刻胶分子发生溅射和横向移动，脱离原来位置。同时，激光轰击导致 样品表面产生热量，使光刻胶分子发生团聚和蒸发。

本发明所提出的方法可以局部、原位处理需要去除残留光刻胶的位置，特别适用于在石 墨烯器件中进行局部、原位去除光刻胶等聚合物残留，不会对其它区域造成影响。

本发明能够去除碳基材料薄膜样品表面光刻胶等聚合物残留，并确保不破坏材料晶格结 构，获得薄膜样品本征特性，使器件电学性能大大提高；本技术能够降低器件和薄膜样品的 接触电阻，例如在蒸镀电极之前，对薄膜样品需要蒸镀电极的位置做此去除光刻胶处理。

附图说明

图1是机械剥离的单层石墨烯薄膜样品经过拉曼激光去除残留光刻胶的过程。其中图(a) 原始石墨烯样品表面形貌的AFM误差图，其对颗粒和边界的反映特别灵敏，观察到石墨烯 表面平整干净；图(b)样品表面旋涂光刻胶再丙酮去胶后的表面形貌AFM误差图，看到石 墨烯表面光刻胶残留严重；图(c)石墨烯拉曼激光去胶前和去胶后同一位置的拉曼光谱图， 2D峰和G峰强度之比约为3/1，并且没有D峰，说明该样品是无缺陷的单层石墨烯，并且激 光去胶过程对石墨烯晶体结构无影响；图(d)激光去胶后石墨烯表面形貌的AFM误差图， 可以看到经过拉曼激光处理的石墨烯位置干净无光刻胶残留，未经过激光处理的位置依然残 留光刻胶。

图2是机械剥离多层石墨烯样品拉曼激光去胶前后的表征。其中，图(a)样品表面旋涂 光刻胶再丙酮去胶后的表面形貌AFM误差图，看到石墨烯表面光刻胶残留严重。图(b)是 拉曼激光去除光刻胶后的石墨烯表面形貌AFM误差图。

图3为CVD石墨烯样品拉曼激光去胶的表征。