接點電性研究

photocurrent microscopy，SPCM)做光電流影像與元件表面的對應 (mapping)，說 明了石墨烯與金電極間在電子傳輸上存在著ㄧ個能障[30]，圖 2.21(a)為石墨烯與

(a) (b) (transfer length measurement)量測方式，如圖 2.23(b)所示，當d =0時，由 TLM 作圖所得到之 y 軸截距為材料兩端接觸電阻之和，而在高閘極電壓下(Vbg 約 -50V)，R 約為 790±300 Ω，此結果與圖 2.23(a)吻合，說明了高電場時，元件之_c 電阻由接觸電阻所主導。

(a) (b)

(a) (b)

圖 2.23 (a)不同通道長度 d，電阻與背向閘極電壓 Vbg之關係；(b)為(a)之 TLM (transfer length measurement)量測[31]。

2011 年，Joshau A. Robinson 等人[32]研究石墨烯元件在製程中接觸電阻的來 源，以及改善接觸電阻的方法，並討論不同金屬在石墨烯上的接觸問題，此研究 團隊同樣使用TLM 方式做電性量測來求得接觸電阻值。圖 2.24 為使用不同處理 方法下之Ti/Au 與石墨烯接觸電阻率關係，圖中黑色部份(No Treatment)是元件經 過標準微影製程後不做任何處理，結果顯示接觸電阻率大於10^-5 Ωcm²，說明了 石墨烯與金屬介面接觸品質差，接觸電阻率大。

圖2.24 不同處理方法下之 Ti/Au 與石墨烯接觸電阻率關係[32]。

經 XPS (X-ray photo-electron spectroscopy)實驗結果可以發現接觸電阻率偏 高的原因來自於微影製程中所殘留之光阻劑，由圖 2.25(a)顯示可以得知，經光 阻處理的樣品之XPS 訊號與原始石墨烯之 XPS 訊號比對下，使用光阻處理之樣 品明顯出現C-O 與 C=O 鍵結，且石墨烯(G)與基板(SiC)之 XPS 訊號明顯較弱，

證明石墨烯表面確實覆蓋殘餘光阻。

圖2.25 (a)原始(as-grown)與經光阻處理(LOR，SPR-3012)之 XPS 訊號；(b) 原始 (as-grown)與經氧離子處理之 XPS 訊號[32]。

接著此研究團隊對元件做熱退火，對於接觸電阻率並沒有太大改善，如圖 2.24 灰色部份(400℃/60s，400℃/120s，400℃/240s)，因為接觸點之殘餘光阻已 被金屬電極覆蓋，而無法在熱退火中有效的被去除。因此，在金屬電極蒸鍍前，

先使用氧離子 (O2 plasma)對樣品表面做處理，確實明顯降低了接觸電阻率 (~4×10^-7 Ωcm²)，如圖 2.24 暗紫色部份(30s O2 Plasma，60s O2 Plasma，90s O2

Plasma，120s O2 Plasma)所示，由圖 2.25(b)也顯示 C=O 與 C-O 鍵結強度減弱，

因此，氧離子確實可以有效的移除殘餘光阻。圖2.24 褐色部份(90s O2 & 460℃，

90s O2 & 490℃，90s O2 & 520℃)為石墨烯表面經氧離子處理後，蒸鍍金屬電極，

再經熱退火處理，發現接觸電阻率下降至 7.5×10^-8 Ωcm²，可能原因是此步驟之 熱退火是用來去除石墨烯通道部份在將金屬舉離的過程所殘留的汙染[33]。

此研究團隊在文獻中提出另ㄧ項結論，經氧離子處理的石墨烯表面與不同功 函數金屬接觸後，石墨烯/金屬介面之電阻率並不會因不同金屬而有太大的變

圖2.26 金屬與石墨烯功函數差對接觸電阻率關係[32]。

由本節文獻回顧可以發現，對於石墨烯材料與金屬電極間存在一能障差或者 是接觸電阻，有許多研究團隊進行研究，對於製程中金屬與石墨烯接面所殘留之 光阻劑也有團隊實驗證明，而這些實驗僅於室溫下之研究，文獻上對於石墨烯之 接觸電阻與溫度關係卻鮮少有人做討論，因此，本實驗將對這項議題進行實驗並 探討其電性傳輸機制，結果與討論會在第五章來做說明。