自从发现石墨烯及其卓越的性质以来，研究人员积极探索先进的石墨烯图案化技术。虽然蚀刻工艺在形成石墨烯通道中是关键的，但是现有的蚀刻技术具有局限性，例如速度低、成本高、残留物污染和边缘粗糙。因此，开发简单有效的蚀刻方法是必要的。这项研究需要开发一种通过干法蚀刻图案化石墨烯的新技术，利用选择性光化学反应精确地针对单层石墨烯(SLG)表面。该过程通过发射波长为172 nm的光的准分子紫外灯来促进。通过各种光谱分析，证实了这种技术在大面积上选择性去除SLG，留下几层完整和清洁的石墨烯的有效性。此外，我们探索了这种技术在器件制造中的应用，揭示了它在提高SLG基器件电学性能方面的潜力。与二维接触器件相比，使用这种方法制造的一维(1D)边缘接触不仅表现出增强的电传输特性，而且在制造传统的1D接触器件中表现出增强的效率。这项研究解决了适用于下一代石墨烯器件的先进技术的需求，提供了一种具有广泛适用性和高效率的有前途的通用石墨烯图案化方法。
图 1. 石墨烯混合层中SLG的选择性刻蚀。(a)实验装置(左)和通过准分子紫外辐射的SLG光化学蚀刻过程的示意图(右；红色星号)。在受激准分子UV照射240 s之前和之后，原始剥离石墨烯(b，c)的光学显微镜和AFM形貌图像。(b)和(d)中的虚线方块表示(c)和(e)的AFM扫描区域。(f)受激准分子紫外线照射前后的高度轮廓比较，沿(c)和(e)中所示的黑色和红色箭头线测量。(g)受激准分子紫外线照射240秒后SLG拉曼光谱的变化。在AFM形貌图像(c)和(e)中指定为黑点和红点的位置获得(g)中的拉曼光谱。
图 2. 准分子紫外辐照240 s后MLG的拉曼光谱分析。(a)在蚀刻条件下(240秒)暴露于受激准分子紫外光的具有不同层数的MLG的拉曼光谱。原始和受激准分子UV曝光的石墨烯样品的光谱分别由黑线和红线表示。单个剥离样品中的不同区域对应于BLG、TLG、FLG和MLG石墨烯。基于光学颜色、拉曼光谱特征和AFM地形高度来识别这些层。(b)BLG的拉曼光谱变化是受激准分子紫外线照射时间的函数。(c)根据从(b)中提供的数据中提取的G和2D峰值位置(ω)之间的相关性，对BLG进行应变和兴奋剂分析。蓝色箭头代表双轴应变BLG的参考线，如Zabel等人所报道。阴影区域中的彩色弯曲箭头代表Fates等人观察到的掺杂效应的实验参考。通过检查峰值位置和半峰全宽之间的关系对BLG进行兴奋剂分析(FWHM；γ)为G峰。带阴影区域的紫色弯曲箭头显示了Das等人[16]报告的BLG掺杂效应。使用Si峰强度将每个拉曼光谱归一化为1，对准位置在520 cm-1
图3. 准分子紫外辐照240 s后hBN上石墨烯的TEM表征。(a) TEM样品制备，包括SLG、hBN和TEM网格。插图说明了TEM网格上石墨烯/hBN的结构顺序。(b，c)在(b)和(c)受激准分子UV蚀刻之前在SLG/hBN获得的沿着指定线的代表性SAED图案和相应的强度分布(插图)。(d-f)与BLG/hBN的(a-c)数据集相同。孔1和孔2分别表示仅BLG和BLG/hBN结构。(e)和(f)中的代表性SAED图案是在第2孔获得的。
图 4. 使用SLG选择性蚀刻在hBN/SLG FET器件中制造2D和1D电极接触。(a)使用SLG选择性蚀刻方法制造具有2D和1D电极接触的hBN/SLG/SiO2器件的AFM结果。插图显示了表明2D和1D电极接触的光学图像。(b)2D和1D电极接触元件的横截面结构示意图。石墨烯和Au/Cr电极之间的2D和1D接触界面分别用洋红色和蓝色突出显示。(c)hBN/SLG FET器件中2D和1D电极接触的栅相关电输运特性。插图显示了通过漏源的输出曲线。(d)使用从(c)获得的2D和1D接触的依赖于栅极电压(VG)的电阻，通过德鲁德模型拟合结果。1D触点中Rtot、Rch和2RC的所有电阻值都乘以1.62。
图 5. 2D-Co/CAFE40 的结构与性能评估。(a1–a6) 通过条纹诱导 AAO 和两步蚀刻法生长 MINAL 结构，由 COMSOL 软件建模。(b1) 2D-Co/CAFE0 表面 (b2, b4) 水和 (b3, b5, b6) 有机溶液的传质过程的建模与模拟。(c1) 2D-Co/CAFE40 表面 (c2, c4) 水和 (c3, c5, c6) 有机溶液的传质过程的建模与模拟。
相关科研成果由韩国建国大学Jin Sik Choi，Bae Ho Park等人于2024年发表在Nano Convergence（https://doi.org/10.1186/s40580-024-00442-5）上。原文：Excimer-ultraviolet-lamp-assisted selective etching of single-layer graphene and its application in edge-contact devices
原文链接：https://doi.org/10.1186/s40580-024-00442-5
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