石墨烯應用中的
電漿處理

清潔石墨烯表面並準備轉移介面

石墨烯在製備與轉移過程中，表面可能留下有機污染、聚合物或溶劑殘留。

石墨烯轉移時，電漿也可用於準備承接薄膜的基板或中介層。泰國朱拉隆功大學與韓國科學技術院（KAIST）的研究團隊，在一項石墨烯轉移至 PDMS 的研究中，先以氧電漿處理 PDMS，使 SU-8 能均勻塗佈；SU-8 固化後，再處理其表面，使由聚甲基丙烯酸甲酯（polymethyl methacrylate, PMMA）支撐的石墨烯薄膜能附著。完成後的結構由石墨烯、SU-8 與 PDMS 組成。

東京大學生產技術研究所與日本國立材料科學研究所的研究團隊，在一項石墨烯與六方氮化硼乾式轉移研究中使用 Harrick Plasma PDC-32G。研究人員以空氣電漿提高 PDMS 的附著性，使 PDMS 固定在玻璃載片上，並承接由聚碳酸丙烯酯（polypropylene carbonate, PPC）支撐的石墨烯與六方氮化硼（hexagonal boron nitride, h-BN）薄膜。

這兩項研究中的電漿都用於處理石墨烯轉移所需的支撐面或層間介面。

移除製程中不需要的石墨烯

石墨烯完成製備或轉移後，部分基板表面可能留下後續製程不需要的薄膜。電漿可在這個階段移除指定表面的石墨烯。

里約熱內盧宗座天主教大學的研究團隊，在一項玻璃基板直接製備石墨烯的研究中，直接在玻璃基板上製備石墨烯。完成 CVD 製程後，研究人員以電漿移除玻璃其中一面的石墨烯，再對保留的一面進行拉曼光譜、X 射線光電子能譜（X-ray photoelectron spectroscopy, XPS）與光學穿透率量測。

賓州州立大學的研究團隊，在一項雙閘極石墨烯場效電晶體研究所記錄的製程中，使用 Harrick Plasma 電漿清洗機 進行氧電漿處理，清除閘極堆疊上的有機殘留，並移除銅箔背面的石墨烯。這兩項處理分別位於閘極結構製作與石墨烯轉移步驟。

上述案例處理的是整面薄膜或製程殘留。需要精密圖形化時，仍需使用反應式離子蝕刻（reactive ion etching, RIE）等獨立製程。

氧電漿在石墨烯表面形成含氧結構

當氧電漿處理仍位於銅箔表面的 CVD 石墨烯時，反應可能同時涉及石墨烯與下方銅箔。

麥克馬斯特大學與麥吉爾大學的研究團隊，在一項銅箔表面 CVD 石墨烯的氧電漿研究中使用 Harrick Plasma PDC-001。研究顯示，氧化與蝕刻反應同時涉及石墨烯與下方銅箔。

這項結果的適用範圍是銅箔表面的 CVD 石墨烯。已轉移到其他基板的石墨烯，以及一般所稱的氧化石墨烯（graphene oxide），屬於不同的材料狀態。

以氮氣電漿形成含氮石墨烯

氮氣電漿可將氮引入石墨烯，形成含氮石墨烯並改變其表面與電子結構。

土耳其伊茲密爾理工學院與澳洲雪梨科技大學的研究團隊，在一項石墨烯氮氣電漿處理研究中使用 Harrick Plasma PDC-002 電漿清洗機，處理已轉移到不同基板上的 CVD 石墨烯。研究以拉曼光譜、XPS、掃描穿隧顯微鏡與光譜（STM／STS）及傅立葉轉換紅外光譜（FTIR）確認氮的引入及材料結構變化，並觀察到處理程度增加時，石墨烯也可能遭到結構破壞或被移除。

理論分析顯示，這些樣品中的氮主要吸附在碳原子上方，而非取代石墨烯晶格中的碳原子。

建立感測元件所需的官能基與缺陷

石墨烯表面直接接觸待測分子時，電漿可建立用來固定辨識分子的官能基，或增加可供氣體分子吸附的位置。

以中國科學院寧波材料技術與工程研究所為主的跨機構研究團隊，在一項石墨烯場效電晶體鉀離子感測研究中，使用 Harrick Plasma Expanded Plasma Cleaner 進行氧電漿處理。石墨烯表面的含氧官能基增加後，可協助固定用來捕捉鉀離子的 G-四股結構 DNA（G-quadruplex DNA）；研究也觀察到石墨烯電阻隨處理而增加。

巴西物理研究中心與里約熱內盧宗座天主教大學的研究團隊，在一項CVD 石墨烯氣體感測研究中使用 Harrick Plasma PDC-32G 進行空氣電漿處理。電漿在石墨烯表面建立缺陷，增加氨與二氧化氮可吸附的位置；研究同時記錄電阻與感測反應的變化。

第一項研究利用含氧官能基固定辨識分子，第二項研究利用缺陷增加氣體分子的吸附位置。兩項研究都記錄到石墨烯電性的變化，感測結果只適用於各自的元件與測試系統。