Spatiaalisen valomodulaattorin käyttö grafeenin muokkauksessa

Abstract

Tämä tutkielma käsittelee spatiaalisen valomodulaattorin (SLM) käyttöä grafeenin 3D-muokkauksessa eli optisessa taonnassa. Lisäksi projektissa perehdyttiin yleisesti optiikan komponenttien käyttöön sekä atomivoima- ja Ramanmikroskooppien hyödyntämiseen 3D-pinnan tutkimisessa.

Projektin päätavoitteena oli kehittää grafeenin taontaan sekä hapettamiseen menetelmä, jolla saataisiin tehtyä haluttu kuvio yhdellä laservalotuksella yksittäisten pisteiden sijaan. Tämä nopeuttaisi valmistusprosessia huomattavasti ja auttaisi parantamaan kuvion resoluutiota.

Projektissa koottiin optinen asetelma, jolla onnistuttiin valmistamaan taottua sekä hapetettua grafeenia uudella menetelmällä käyttäen pulssilaseria, valomodulaattoria sekä optista mikroskooppia pääkomponentteina. Asetelmaa optimoitiin koko työn ajan ja sen kehittäminen sekä optimointi veivät eniten aikaa. Optimointi koostui pääosin asetelman linjauksen parantamisesta, jolloin valotehoa saatiin enemmän näytteelle.

Projektin aikana opittiin, miten modulaattori toimii grafeenin taonnassa ja miten modulaattorin eri parametrit vaikuttavan sen toimintaan. Mm. modulaattorin linssifunktion (lens phase) arvoa muuttamalla 0-kertaluku saatiin fokusoitua eri tasoon varsinaisen kuvion kanssa sekä huomattiin, että sen arvon merkillä (+/-) on suuri merkitys lasertehoon arvoon kuvion mukaan.

Työn näytteet valmistettiin grafeenilevylle (VMH-400), joka on käytännössä piilevylle muodostettu grafeenikerros. Työn tuloksista voitiin todeta, että taottua sekä hapetettua grafeenia onnistuttiin valmistamaan kuvio kerrallaan. Taottu grafeeni havaittiin optisen sekä atomivoimamikroskoopin avulla. Hapettuman karakterisointi voitiin vahvistaa Ramanmikroskoopilla mitatun spektrin avulla. Tuloksista havaittiin kuitenkin, että millään valotuksella ei saavutettu täysin tavoiteltua kuviota. AFM-tulosten analysoimisessa käytettiin NanoScope-ohjelmistoa.