Suspended graphene device fabrication

Abstract

Tämän pro gradu -tutkielman aiheena oli tutkia itsekantavien grafeeninäytteiden valmistusta. Grafeeni syntetisoitiin kaasufaasikasvatuksella ilmakehän paineessa kupariohutkalvoille. Kupariohutkalvot valmistattiin käyttämällä elektronisuihkuhöyrystystä. Projektin aikana synteesiprosessia parannettiin optimoimalla synteesiparametreja. Syntetisoinnin jälkeen grafeeninäytteet siirrettiin piinitridikalvoille, joihin oli valmistettu reikiä. Viimeinen vaihe siirrossa on PMMA tukikerroksen poisto grafeenin päältä, jota tutkittiin käyttämällä kahta eri menetelmää. Näistä ensimmäinen menetelmä oli lämpökäsittely ja toinen kriittisen pisteen kuivaus PMMA:n asetoniin liuottamisen jälkeen. Näytteet kuvannettiin käyttämällä pyyhkäisyelektronimikroskopiaa, läpäisyelektronimikroskopiaa sekä optista mikroskopiaa. Lisäksi näytteet karakterisoitiin käyttämällä Raman spektroskopiaa. Työn tuloksena alun synteesiongelmien jälkeen itsekantavaa grafeenia valmistettiin onnistuneesti. Eri PMMA:n poistomenetelmistä lämpökäsittely toimi monikerroksiselle grafeenille, mutta yksikerroksinen grafeeni ei selvinnyt käsittelystä. Kriittisen pisteen kuivaus toimi molemmissa tapauksissa, mutta jätti epäpuhtauksia, joten parhaaksi menetelmäksi selvisi PMMA: n poisto käyttämällä kriittisen pisteen kuivausta ja näytteiden puhdistus tämän jälkeen käyttämällä lämpökäsittelyä.

In this Master’s thesis the production of suspended graphene devices was studied. Graphene was synthesized using atmospheric pressure chemical vapor deposition onto copper thin films that were fabricated using electron beam evaporation. During the project, the synthesis process was improved by optimizing synthesis parameters. After synthesis graphene samples were transferred onto silicon nitride membranes, which had openings fabricated to them. The last step of the transfer was removal of PMMA support layer from graphene, which was studied using two different methods. First of these was thermal annealing and the second critical point drying after dissolving the PMMA with acetone. Samples were imaged using scanning electron microscopy, transmission electron microscopy and optical microscopy. Further characterization was done with Raman spectroscopy. As for results, after some struggle with synthesis, suspended graphene was successfully fabricated. As for different PMMA cleaning methods, thermal annealing worked with multilayer graphene, but caused single layer graphene to break. Critical point drying worked in both cases, but left residues, so best method ended up being PMMA removal by critical point drying followed by cleaning of graphene by annealing.