[發明專利]一種去除碳基薄膜表面光刻膠的方法及應用

在審

• 申請號: 201610111722.3
• 申請日: 2016-02-29
• 公開（公告）號: CN105629682A
• 公開（公告）日: 2016-06-01
• 發明（設計）人: 賈越輝;龔欣;彭沛;王紫東;田仲政;任黎明;張酣;傅云義
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G03F7/42
• 分類號: G03F7/42
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理事務所(普通合伙) 11360
• 代理人: 賈曉玲

技術領域

本發明提出了一種去除碳基薄膜表面光刻膠的方法，可用于去除碳基薄膜表面或基于此 材料的器件結構表面的聚合物，在物理學、材料學、微納電子學等領域具有應用前景。

背景技術

碳基薄膜包括石墨烯(單層、雙層和多層)和石墨等。石墨烯是目前最熱門的二維材料， 具有高電子遷移率(室溫下電子的遷移率為15000cm²·V^-1·s^-1)和熱導率(5000W·m^-1·K^-1))，具有 極高比表面積(約2630cm²·g^-1)和機械強度(130GPa)。這些優異的性能使其成為高速電子器件、 傳感器、光電子器件等研究中的熱點。同時，石墨烯具有極佳的柔韌性，使其在柔性電子器 件方面具有更大的優勢。新型石墨烯電子器件的研究，將使其在微納電子學等領域具有巨大 的應用前景。

石墨烯電子器件制造過程中要用到光刻膠(PMMA等)，然而，光刻膠與石墨烯表面附著 力強，傳統工藝不能完全去除光刻膠，會在石墨烯表面形成1～2nm的殘留。光刻膠殘留會作 為散射中心，增強石墨烯載流子散射，減小其平均自由程，顯著降低石墨烯載流子遷移率， 并且導致石墨烯不可控的p型摻雜。目前解決光刻膠殘留的辦法是，在真空或氫氣/氬氣氣氛 下高溫(100℃以上)退火。但是，退火會導致石墨烯缺陷增多，改變其電子性質，并且可能使 石墨烯氧化，導致P型摻雜加重。

發明內容

本發明目的在于提出了一種去除碳基薄膜表面光刻膠的方法。

本發明可通過如下技術方案實現：

一種去除碳基薄膜表面光刻膠的方法，包括以下步驟：

(1)選取帶有殘留光刻膠的碳基薄膜樣品；

(2)將樣品放置于拉曼光譜系統(激光波長可選用514、532或633nm等)的光學顯微 鏡的激光出射口下方。調整薄膜樣品位置到顯微鏡視野內，調節顯微鏡焦距，并聚焦到薄膜 樣品表面。

(3)用低能量的聚焦激光束對準薄膜樣品需要去膠位置，此時激光強度應在3mW以下， 以保證激光斑很小，定位精確。

(4)用較高能量的激光束照射或掃描薄膜樣品表面一定時間，從而去除光刻膠殘留；高 能激光束強度為10～40mW，時間在5s至10min范圍之內。

本發明去除碳基薄膜表面光刻膠的方法可以應用于石墨烯晶體管的制備。

本發明的技術效果如下：

本發明利用較高能量激光束照射或掃描薄膜，碳基薄膜樣品在激光束下照射時，激光束 與膜樣表面光刻膠之間會發生相互作用，使光刻膠分子中C-H、C-C鍵斷裂，形成小分子并 具有較高能量，并使光刻膠分子發生濺射和橫向移動，脫離原來位置。同時，激光轟擊導致 樣品表面產生熱量，使光刻膠分子發生團聚和蒸發。

本發明所提出的方法可以局部、原位處理需要去除殘留光刻膠的位置，特別適用于在石 墨烯器件中進行局部、原位去除光刻膠等聚合物殘留，不會對其它區域造成影響。

本發明能夠去除碳基材料薄膜樣品表面光刻膠等聚合物殘留，并確保不破壞材料晶格結 構，獲得薄膜樣品本征特性，使器件電學性能大大提高；本技術能夠降低器件和薄膜樣品的 接觸電阻，例如在蒸鍍電極之前，對薄膜樣品需要蒸鍍電極的位置做此去除光刻膠處理。

附圖說明

圖1是機械剝離的單層石墨烯薄膜樣品經過拉曼激光去除殘留光刻膠的過程。其中圖(a) 原始石墨烯樣品表面形貌的AFM誤差圖，其對顆粒和邊界的反映特別靈敏，觀察到石墨烯 表面平整干凈；圖(b)樣品表面旋涂光刻膠再丙酮去膠后的表面形貌AFM誤差圖，看到石 墨烯表面光刻膠殘留嚴重；圖(c)石墨烯拉曼激光去膠前和去膠后同一位置的拉曼光譜圖， 2D峰和G峰強度之比約為3/1，并且沒有D峰，說明該樣品是無缺陷的單層石墨烯，并且激 光去膠過程對石墨烯晶體結構無影響；圖(d)激光去膠后石墨烯表面形貌的AFM誤差圖， 可以看到經過拉曼激光處理的石墨烯位置干凈無光刻膠殘留，未經過激光處理的位置依然殘 留光刻膠。

圖2是機械剝離多層石墨烯樣品拉曼激光去膠前后的表征。其中，圖(a)樣品表面旋涂 光刻膠再丙酮去膠后的表面形貌AFM誤差圖，看到石墨烯表面光刻膠殘留嚴重。圖(b)是 拉曼激光去除光刻膠后的石墨烯表面形貌AFM誤差圖。

圖3為CVD石墨烯樣品拉曼激光去膠的表征。