以陽極接合法靜電轉移圖案化石墨烯薄膜之技術開發

大面積石墨烯薄膜的製備方式，是以化學氣相沉積法於金屬觸媒材料表面合成石墨烯薄膜，應用時則必須轉移至其他之矽晶圓、玻璃或高分子目標基板，以達到大面積、高導電性與高光穿透度等應用要求。然而，傳統的轉移過程包括石墨烯之高分子層覆蓋保護、金屬觸媒的蝕刻、蝕刻液置換成純水、移轉至目標基板、高分子保護膜的移除等。這些步驟幾乎都使用濕式製程完成，其過程除了耗時、金屬基板損耗、產生大量廢液的缺點外，又有易於造成石墨烯薄膜破損、液體雜質汙染、高分子殘留，以及石墨烯與基板間的水氣不易完全去除等缺點，使得應用濕式轉移的石墨烯所製作電子或光電元件性能仍不理想。本計畫將利用陽極接合法開發圖案化石墨烯之乾式靜電轉移技術，其原理是電場與溫度的輔助下使石墨烯膜被靜電吸附轉移於目標基板，預期其可以改善上述的缺點，大幅提升電子或光電元件的性能。整體的計畫執行要點與工作要項包括：1.圖案化石墨烯膜的製備：本研究將使用三種方法製備圖案化寡層石墨烯： (1) 利用微影與氧電漿蝕刻製程，在研磨拋光的石墨表面定義圖案；(2) 在矽晶圓表面進行金屬觸媒層圖案化，再以熱裂解CVD（Thermal CVD）合成石墨烯；(3) 在銅基板表面進行熱裂解CVD合成石墨烯，再以微影與氧電漿蝕刻製程定義出3-5層之石墨烯圖案。2.陽極接合法靜電轉移技術開發：以第一步驟完成的具石墨烯圖案基板當作上電極(接電源正極)，Pyrex玻璃或具氧化矽(SiO2)層的矽晶圓當作下電極(接電源負極)，控制500-1000 V電壓、100-500 oC溫度，10-100 N正向力等參數，進行將石墨烯靜電轉移至目標基板之技術開發。3.靜電轉移成效分析與參數回饋：設計與製作100x100陣列之石墨烯圖案，每個圖案的尺寸為10×10 um2，經轉移至目標基板的石墨烯，以拉曼映射與影像二值化軟體進行分析，可得到其轉移層數、層數均勻性、轉移率(%)等資訊，以進行參數回饋調控的參考依據。另外，也將藉由SEM、AFM、XRD、XPS等檢測與分析技術，比較靜電轉移前、後石墨烯品質的差異性。4.乾濕式轉移之石墨烯電子電路性能比較：設計石墨烯電路，在具SiO2層的矽晶圓基板完成石墨轉移石墨烯、乾濕式轉移CVD石墨烯薄膜之電路製作，並比較三者在電氣性能的差異，包括導電性(Ω·cm)、載子遷移率(cm2/Vs)、電流-電壓(I-V)特性曲線。