Silicon nitride membranes nanostencils for patterning and contacting of graphene

Graphene, with his high carrier mobility in the order of hundreds of thousand cm2/Vs has been viewed in recent year as a promising candidate for future high speed electronic devices. Furthermore, the optical properties of graphene make it particularly suitable for opto electronic integrated devices, especially in nanoscale, since we are dealing with a monolayer material, with thickness of 0.34 nm, which dimensions are typically of some microns. In this thesis we are investigating the possibility to create grapheme contacts using the focused ion beam (FIB) techniques, meaning that such contacts will be totally contamination free, since no chemical process such as lithography is involved. The milling of graphene, that is the cut of graphene with focused ion beam, will be done trough thin Si3N4 membranes, of approximately 200nm, in order to reduce the structural defects and redeposition that typically occurs in focused ion beam processes. Side projects like the fabrications of this membranes and the study of the membranes strenght and stress are included in this work, together with the fabrication of stenciling masks using FIB, in order to deposite this gold contact on graphene flakes and study the electrical properties of this material.

Negli ultimi anni, grazie alle sue straordinarie proprietà, quali ad esempio la mobilità dei portatori, nell ordine di centinaia di migliaia di cm2/Vs e la trasparenza alla radiazione visibile, il grafene è stato valutato come uno dei più promettenti candidati per l’implemento di dispositivi di nano-elettronica ed elettronica ultraveloce, quali transistors e sensori. Inoltre, le proprietà ottiche di questo materiale lo rendono particolarmente adatto all implementazione di dispositivi opto-elettronici, in particolare nel settore delle nanotechnologie e del fotovoltaico, grazie al suo carattere bidimensionale e alle ridotte dimensioni, nell ordine di decine di micrometri. Prendendo in considerazione i risultati emersi dalle recenti ricerche, questo lavoro vuole essere una guida per il futuro sviluppo di contatti di grafene, utilizzando la tecnologia del Focused Ion Beam (FIB), che offre numerosi vantaggi e potrà essere utilizzata per il milling diretto di flakes, senza l’uso di resist e solventi chimici. In questa tesi è stato studiato un metodo per la deposizione di contatti metallici su grafene, utilizzando stenciling mask fabbricate sfruttando la tecnica del Focused Ion Beam su membrane si Si3N4, e utilizzando la tecnica del nanostencil. Per aprire la strada alla produzione di questo tipo di grafene devices, verranno fabricate membrane di Si3N4 direttamente nella cleanroom della Technical University of Denmark, e verrà investigato lo stress intrinseco e indotto dal FIB durante la fabbricazione delle stenciling masks. Allineando e fissando le membrane a substrati di grafene, sarà possibile trasferire I pattern metallici, e quindi I contatti, sui flakes, per poi studuarne le caratterisciche.