Grafen alan etkili transistörlerde litografik kalıntıların SERS yöntemiyle incelenmesi

Abstract

Grafen ile devre elemanı üretiminde litografik süreçlerden kalma yabancı atomlar veya moleküllerin grafen yüzeyinde bulunabileceği düşünülmektedir. Özellikle fotorezist kalıntıları yüksek verimle çalışacak grafen devre elemanlarının verimleri açısından en büyük sınırlayıcı etken olarak ortaya çıkmaktadır. Teorik olarak grafenin elektron mobilitesinin 200,000 cm2/V.s civarında olması ve deneysel olarak elde edilen mobilite değerlerinin yalnızca birkaç bin cm2/V.s düzeyinde kalması bu problemi daha önemli hale getirmektedir. Literatürdeki bu problemden yola çıkarak bu tez çalışmasında grafen yüzeyinde kalan ancak optik litografi esnasında görülemeyen bu kalıntılar yüzey zenginleştirilmiş raman spektroskopisi (SERS) yöntemi gibi hassaslık yönünden güçlü bir yöntemle incelenmiş, yüzeyde litografik atıkların varlığı kanıtlanmıştır. Yüzeyde kalan kalıntıların optik olarak ta görünür hale getirilmesi için litografi işleminden geçmiş yüzeyler ultraviyole ışık altında oksijen ve hidrojen gazlarına maruz bırakılmıştır. Bu iki işlem sonucunda yüzeydeki kalıntıların yalnızca SERS yöntemi ile değil optik olarak ta görünür hale geldiği tespit edilmiştir. Ayrıca litografi işlemleri esnasında resist kalıntılarını en aza indirecek resist çözücüsü araştırılmış ve uygun çözücü saptanmıştır. Tüm bu süreçlerde değişik çözücüler kullanılarak lift-off işlemleri gerçekleştirilmiş ve üretilen numuneler elektriksel karakteristikler açısından da birbirleri ile mukayese edilmiştir.

It is thought that foreign atoms or molecules which are produced by lithographic process can stay on graphene surface in the fabrication process of circuit elements which are made from graphene. In particular, photoresist residues are emerging as the biggest limiting factor of efficiency of graphene based circuit elements which can operate with theoretically calculated 200,000 cm2/Vs electron mobility. Furthermore, only a few thousand cm2/Vs experimentally obtained mobility values make this problem more important. In this thesis, our motivation source is lithographic residue problem which is often mentioned in the literature and litographic residues which are remain but cannot be observed by optical microscopy on the graphene surface are investigated and proven the existance of residues by a powerful method in terms of quality as the SERS. It is found that when lift-off applied surfaces exposed to oxygen or hydrogen gas under ultraviolet light, the procedure makes residues optical visible. Furthermore, a resist-solvent which can reduce litographic residues is investigated and found. At the all processes, different solvents are used and lift-off process is performed. The fabricated samples are compared with each other in terms of electrical characteristics.