그래핀의 잔류 입자 감소를 위한 개선된 로진 전달 공정

가설 테스트

그림 3은 여기에서 설명한 베이킹 없이 실온(RT)과 다른 온도, 즉 100 °C, 150 °C, 200 °C에서 각각 30분 동안 베이킹한 로진 전달 공정을 사용한 그래핀의 AFM 이미지를 보여줍니다. . 전달된 그래핀의 표면 형태는 근접 접촉(탭핑) 모드 및 표준 대기 조건에서 AFM을 사용하여 조사되었습니다. 보시는 바와 같이 모든 그래핀 샘플의 표면에 가시적인 주름이 있으며 이는 Cu에서 CVD 성장된 그래핀을 사용하는 한 피할 수 없습니다. 주름 외에도 일부 로진 잔류물은 AFM 분광기 이미지에서 흰색 점으로 보이는 표면에 남아 있는 경향이 있습니다. 자세히 살펴보면 RT 케이스는 베이킹을 한 다른 케이스와 달리 가장 많은 입자를 보여줍니다. 이것은 베이킹이 로진 전달 과정에서 잔류 입자를 줄이는 데 유용하다는 것을 분명히 보여줍니다. 평균 제곱근(RMS) 및 거칠기(R _q ) 10 μm × 10 μm의 표면적을 스캔하여 전송된 그래핀의 값도 수집합니다. R과 비교 _q 100, 150 및 200 °C에서 소성된 그래핀에 대해 0.889 nm, 0.97 nm 및 0.992 nm 값, 가장 낮은 R _q 0.668 nm의 값은 베이킹이 없는 그래핀에 대해 발생합니다. 그러나 이것은 베이킹이 낮은 R을 달성하는 데 도움이 되지 않는다는 점을 지적합니다. _q 그래핀의 실제 소자 적용에도 바람직한 값이다. 이 R _q 값은 특히 전사된 그래핀의 표면 형태를 정량화하는 데 사용할 수 있습니다. 유연한 그래핀 멤브레인과 SiO₂ 사이에 갇힌 물 분자 탈이온수에서 픽업하는 동안 그래핀이 파열되어 그래핀 내에 균열이 생성됩니다. 결과적으로 R _q 값은 베이킹 온도가 증가함에 따라 증가합니다. 따라서 베이킹이 잔류 입자 감소에 탁월하더라도 고온에서 그래핀을 베이킹하는 것은 권장하지 않습니다.

a의 AFM 스펙트럼 실온(RMS =0.668 nm) 및 b에서 로진/그래핀 코팅된 전사 –d 각각 100 °C(RMS =0.889 nm), 150 °C(RMS =0.97 nm) 및 200 °C(RMS =0.992 nm)에서 구운 로진/그래핀 샘플

그림 4는 아니솔이 있는 상태에서 베이킹을 하지 않고(RT) 다른 온도(각각 100 °C, 150 °C, 200 °C)에서 30 분 동안 베이킹한 상태에서 개선된 로진 전이 과정을 사용한 그래핀의 AFM 이미지를 보여줍니다. . 보시는 바와 같이 전사된 그래핀 모두에서 주름이 관찰되지만 Fig. 3의 rosin-enabled 전사 공정과 Fig. 5의 PMMA-enabled 전사 공정에 비해 가시성이 약하다. 예상대로 모든 그래핀에서 잔사 입자가 크게 감소하였다. 개선된 로진 전달 공정에서, 아니솔의 도입으로 잔류 입자의 현저한 감소는 오히려 아니솔이 아세톤과 협력하여 강력한 용매로서의 능력에 기인한 것입니다. 아니솔/로진은 아세톤에 베어 로진보다 더 쉽게 용해되어 개선된 로진 전달 과정에서 더 깨끗한 그래핀을 만듭니다. 또한 R _q 100, 150 및 200 °C에서 베이킹하지 않은 그래핀과 베이킹한 경우의 그래핀 값은 각각 0.523 nm, 0.887 nm, 0.95 nm 및 0.98 nm입니다. 아니솔의 도입으로 전달된 그래핀에 대한 완화는 더 낮은 R 달성에 도움이 될 수 있습니다. _q 개선된 로진 전사 공정에서 0.523 nm의 값은 로진 전사 공정에서 0.668nm의 값보다 낮았지만 R에 대한 가장 낮은 값 _q PMMA를 이용한 기존의 전사법의 경우 1.03 nm이다. 이 개선된 로진 전달 과정에서 베이킹이 낮은 R 달성에 도움이 되지 않는다는 것이 다시 증명되었습니다. _q 비슷한 이유로 고온에서 베이킹하는 동안 균열이 발생합니다. R에 비해 _q PMMA 전사 공정에서 1.03 nm의 값, 로진 및 개선된 로진 전사 공정 모두 훨씬 작은 R _q 이 작업에서 채택된 그래핀 전달 프로세스의 우수성을 나타내는 값입니다. R과 비교 _q 거칠기, 큰 잔류 입자의 최대 높이(R _최대 ) 또한 소자에서 단락이 발생할 수 있는지 여부를 결정하기 때문에 대면적 박막 소자의 응용에서 중요한 매개변수이다. 그림 6b는 평균 R을 보여줍니다. _최대 실온, 100 °C, 150 °C 및 200 °C. R의 최소값 _최대 즉, 15 nm는 아니솔/로진/그래핀에 대해 실온에서 달성됩니다. 이것은 또한 RT에서 개선된 로진 전달 과정의 이점을 확인시켜줍니다.

a의 AFM 스펙트럼 실온(RMS =0.523 nm) 및 b에서 아니솔/로진/그래핀 코팅 전사 –d 아니솔/로진/그래핀 샘플은 각각 100 °C(RMS =0.887 nm), 150 °C(RMS =0.950 nm) 및 200 °C(RMS =0.98 nm)에서 베이킹되었습니다.

a의 AFM 스펙트럼 실온(RMS =1.03 nm) 및 b에서 PMMA 코팅된 전사 –d PMMA 전송 샘플은 각각 100 °C(RMS =1.51 nm), 150 °C(RMS =1.49 nm) 및 200 °C(RMS =1.72 nm)에서 베이킹되었습니다.

아 PMMA, 로진/그래핀 및 아니솔/로진/그래핀의 평균 제곱근(RMS)(nm) 거칠기. ㄴ 최대 높이(R _최대 ) PMMA, 로진/그래핀 및 아니솔/로진/그래핀 코팅 전사

개선된 로진 전달 공정이 잔류 입자 및 R 측면에서 분명히 유리함에도 불구하고 _q 값 및 R _최대 , 전송된 그래핀의 품질을 평가할 가치가 있습니다. 그림 7은 100 °C, 150 °C, 200 °C에서 베이킹(RT) 없이 로진과 개선된 로진 전달 공정을 사용하여 전달된 그래핀의 라만 스펙트럼을 표시합니다. 그림 7a에서 볼 수 있듯이 1580 cm ⁻¹ 에서 라만 스펙트럼에 위치한 두 개의 피크 (G), 기본 면내 진동 모드 및 2676 cm ⁻¹ , 다른 면내 진동(2D)의 2차 배음이 발견됩니다. 이 피크는 532nm 여기 레이저에서 파생됩니다. 이 두 피크의 위치와 모양이 두드러져 그래핀이 될 재료를 명확하게 정의합니다. 또한, 2D 밴드 대 G 밴드 강도의 비율(I _2D /나 _G )는 1.61 ~ 1.65로, 그래핀의 단일층을 그대로 전송했음을 나타냅니다. 다른 온도에서 베이킹한 상태로 전달된 그래핀에 대한 라만 스펙트럼에 D 피크가 없다는 것은 로진과 개선된 로진 전달 과정을 모두 사용하여 장애가 나타날 가능성이 없음을 확인시켜줍니다. 또한 전송된 모든 그래핀에 대해 로진 및 아니솔 관련 피크가 감지되지 않았습니다. 로진 또는 아니솔 관련 피크는 Cu에서 성장한 원시 그래핀의 라만 스펙트럼과 비교하여 관찰된 것과 동일한 전달 과정 후에 라만 스펙트럼이 나타났다는 사실에 근거하여 가정하지 않았습니다. 소성된 샘플에서 전사 공정 후 D 피크의 출현은 로진 제거 시 유도된 결함을 보여줍니다. 또한, 전사 공정 후의 로진 잔사도 매우 적습니다. 따라서 전송된 그래핀의 라만 스펙트럼에서는 로진 관련 피크가 나타나지 않을 것입니다.

ㄴ PMMA 전사와 비교한 상이한 온도에서의 로진/그래핀 코팅 전사의 라만 스펙트럼. ㄴ PMMA 전사와 비교한 상이한 온도에서의 아니솔/로진/그래핀 코팅 전사의 라만 스펙트럼

그래핀의 G 및 2D 라만 피크의 이동은 일반적으로 전사 공정 중 기판 또는 지지층과의 상호작용으로 인한 변형 및 도핑의 조합에 의해 생성됩니다. G 밴드 및 2D 밴드 위치의 청색 이동은 그래핀의 p-도핑을 나타내는 것으로 알려져 있다. ~ 6 cm ⁻¹ 의 수반되는 2D 피크 상향 이동 로진 사용 전송 프로세스의 도핑을 보여줍니다. 설명된 현상은 이전에 문헌[24, 25]에서 보고되었습니다. 베이킹 없이 그대로 전달된 그래핀의 피크 강도는 고온에서 베이킹할 때보다 분명히 더 높습니다. 게다가, 굽지 않고 전사된 그래핀에 대한 2D 밴드의 반치폭(FWHM) 값은 38.18 cm ⁻¹ 입니다. 고온에서 베이킹하는 것에 비해 가장 작은 것입니다. 이러한 결과는 로진 전이 과정에서 고품질 그래핀을 얻기 위해서는 실온이 유리하다는 것을 의미한다.

도 7b에서, 개선된 로진 전사 공정을 사용하여 전사된 그래핀에 대한 라만 스펙트럼이 도시되어 있다. 로진 전달 과정을 사용하여 전달된 그래핀에 대해서도 유사한 관찰이 이루어질 수 있습니다. 피크 강도도 매우 높으며, 베이킹하지 않은 상태로 전사된 그래핀의 2D 밴드 FWHM 값은 35.79 cm ⁻¹ 입니다. 이는 그림 7a의 것보다 약간 낮습니다. 앞서 언급한 모든 결과는 전사된 그래핀의 품질이 로진 전사 공정에 비해 개선된 로진 전사 공정을 사용하여 온전하거나 훨씬 더 우수함을 나타냅니다.

그림 8a는 PMMA, 로진 및 아니솔/로진 전이 과정을 사용하여 전이된 그래핀의 I-V 특성을 보여줍니다. 전사된 그래핀의 품질을 다시 확인하기 위해 면저항(R _쉿 ) 데이터가 수집되고 그림 8b, c에 표시됩니다. 시트 저항은 4-프로브 저항률 측정 시스템에 의해 측정되었습니다. 또한 이것은 2D 재료의 전기적 성능에 대한 필수적이고 주요 측정 기준입니다. R _쉿 각 샘플의 5개 지점에서 측정됩니다. 샘플의 크기는 약 2 × 2 cm ² 입니다. 신뢰할 수 있는 결과를 얻기 위해. 도 8b에서 R _쉿 무작위 지점에서 로진 전달 프로세스를 사용하여 전달된 그래핀에 대한 데이터가 표시됩니다. 보시는 바와 같이 모든 그래핀에 대해 산재된 R _쉿 500–700 Ω/□ 범위의 값은 전송된 그래핀의 표면에서 발견됩니다. R의 가장 낮은 값 _쉿 라만 스펙트럼의 관찰과도 잘 일치하는 베이킹이 없는 그래핀에 대해 발생합니다. 도 8c에서 R _쉿 개선된 로진 전달 공정을 사용하여 전달된 그래핀에 대한 값이 표시됩니다. 도 8a에 비해 R의 균일성이 _쉿 훨씬 더 좋고 R의 범위 _쉿 값은 훨씬 더 좁습니다(예:500–600 Ω/□). 더 중요한 것은 R _쉿 개선된 로진 전달 과정의 값은 일반적으로 로진 전달 과정의 값보다 낮고 가장 낮은 R _쉿 ~ 500 Ω/□의 값은 베이킹이 없는 그래핀에서도 발생합니다. 그림 9a, b는 샘플 표면에 걸친 시트 저항의 평균 값을 보여줍니다. 개선된 로진 전사 공정에 대한 면저항의 평균값이 493.4 Ω/□로 가장 낮은 것을 막대 그래프를 통해 알 수 있습니다. 이것은 전기적 성능 면에서 본 연구에서 제안된 개선된 전달 프로세스의 우수성을 다시 한 번 입증합니다. 물론 향상된 전기적 성능 외에도 면저항의 변화는 도핑과 같은 다른 요인의 결과일 수도 있다는 점은 주목할 가치가 있습니다.

아 PMMA, 로진 및 아니솔/로진 그래핀을 사용한 일반적인 전사 그래핀의 I-V 특성 곡선. ㄴ 시트 저항 R _쉿 로진/그래핀에 의해 전달된 그래핀의 5가지 다른 무작위 지점에서의 측정. ㄷ 아니솔/로진/그래핀에 의한 전사된 그래핀의 5가지 무작위 지점에서 시트 저항 측정

아 로진 사용 전사 공정의 면저항 측정 평균값. ㄴ RT에서 최소 면저항 값이 493.4 Ω/□인 개선된 로진 사용 전사 공정의 면저항 평균값