微細加工過程中產生的光刻膠殘留物對石墨烯基電子器件的技術進步造成了重大阻礙。這些殘留物會誘發不希望出現的化學摻雜效應，降低載流子遷移率，惡化信噪比，因此在某些情況下，包括傳感和電子記錄應用，這些殘留物至關重要。在石墨烯溶液門控場效應晶體管（gSGFET）中，聚合物污染物的存在導致難以進行精確的電學測量，帶來了響應變化和校準方面的挑戰。鑒于聚合物密集型微制造技術缺乏可行的中短期替代方法，我們評估了一種涉及四氫呋喃和乙醇溶劑的后分層處理方法，其中乙醇是最有效、最環保、最安全的殘留物去除方法。通過使用 XPS、AFM 和拉曼光譜以及電學表征進行綜合分析，本工作研究了殘留聚合物對石墨烯表面特性和晶體管功能的影響。乙醇處理明顯提高了 gSGFET 的性能，電荷中性點的移動和分散性的降低就是證明。這種系統化的清潔方法有望提高石墨烯器件制造的可重復性和精度。特別是，通過使用乙醇去除殘留物，我們將石墨烯器件與乙醇的化學性質相一致。
圖1. (a) 石墨烯晶體管方案。(b) 微晶體管 50 × 50 μm。(c) 4 × 4 毫米的大晶體管。(d) 48 個微晶體管陣列。(e) 電氣測試平臺。
圖2. 添加聚合物殘留物的石墨烯微加工步驟示意圖。步驟 3：添加 PMMA，步驟 5 和 7：添加 AZ5214，步驟 9：添加 SU-8。
圖3. (a) 基于石墨烯的大晶體管的去卷積 C 1s 核心水平。上圖為處理前的圖像，下圖為用 EtOH 溶解 2 小時后的圖像。 (b) 大晶體管上石墨烯表面的原子力顯微鏡圖像，以及用 EtOH 溶解 2 小時之前（上圖）和之后（下圖）的高度剖面圖（原子力顯微鏡圖像中的藍線）。(c) 使用 EtOH 10 分鐘（左圖）和 EtOH 2 小時（中圖）清洗大晶體管之前（黑色）和之后（紅色）的平均拉曼光譜（≈1000 個單點光譜，λexc = 532 nm，30 × 25 μm 區域）。微晶體管用 EtOH 處理前（黑色）和 1 小時后（紅色）的平均拉曼光譜（≈400 單點光譜，λexc = 532 nm）（右圖）。
圖4. (a) 石墨烯器件上的聚合物殘留示意圖。(b) 一維溶劑擴散（從左到右依次為 2-丙醇、EtOH 和 THF）和聚合物溶解原理。(c) 溶劑滲透和消除聚合物薄膜并可能導致石墨烯開裂的基于溶劑的機理。
圖5. (a) 一塊芯片上 48 個晶體管在乙醇處理 10 分鐘前后的電流電壓曲線。 (b) 一塊芯片上 48 個晶體管在乙醇處理 1 小時前后的電流電壓曲線。(d) 不同芯片在所有處理過程中的跨導（gm）方框圖。
相關研究成果由的里雅斯特大學Maurizio Prato、科魯尼亞大學Alejandro Criado和卡洛斯三世衛生研究所Elisabet Prats-Alfonso等人2024年發表在ACS Sustainable Chemistry & Engineering (鏈接：https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.4c01538)上。原文：Ethanol Solvation of Polymer Residues in Graphene Solution-Gated Field Effect Transistors
轉自《石墨烯研究》公眾號
