Current wafer-scale fabrication methods for graphene-based electronics and sensors involve the transfer of single-layer graphene by a support polymer. This often leaves some polymer residue on the graphene, which can strongly impact its electronic, thermal, and mechanical resonance properties. To assess the cleanliness of graphene fabrication methods, it is thus of considerable interest to quantify the amount of contamination on top of the graphene. Here, we present a methodology for the direct measurement of the mass of the graphene sheet using quartz crystal microbalances (QCMs). By monitoring the QCM resonance frequency during removal of graphene in an oxygen plasma, the total mass of the graphene and contamination is determined with sub-graphene-monolayer accuracy. Since the etch-rate of the contamination is higher than that of graphene, quantitative measurements of the mass of contaminants below, on top, and between graphene layers are obtained. We find that polymer-based dry transfer methods can increase the mass of a graphene sheet by a factor of 10. The presented mass measurement method is conceptually straightforward to interpret and can be used for standardized testing of graphene transfer procedures in order to improve the quality of graphene devices in future applications.

1.
A. C.
Neto
,
F.
Guinea
,
N.
Peres
,
K. S.
Novoselov
, and
A. K.
Geim
,
Rev. Mod. Phys.
81
,
109
(
2009
).
2.
A. A.
Balandin
,
S.
Ghosh
,
W.
Bao
,
I.
Calizo
,
D.
Teweldebrhan
,
F.
Miao
, and
C. N.
Lau
,
Nano Lett.
8
,
902
(
2008
).
3.
E.
Pop
,
V.
Varshney
, and
A. K.
Roy
,
MRS Bull.
37
,
1273
(
2012
).
4.
R. J.
Dolleman
,
S.
Houri
,
D.
Davidovikj
,
S. J.
Cartamil-Bueno
,
Y. M.
Blanter
,
H. S.
van der Zant
, and
P. G.
Steeneken
,
Phys. Rev. B
96
,
165421
(
2017
).
5.
C.
Lee
,
X.
Wei
,
J. W.
Kysar
, and
J.
Hone
,
Science
321
,
385
(
2008
).
6.
X.
Song
,
M.
Oksanen
,
M. A.
Sillanpaa
,
H.
Craighead
,
J.
Parpia
, and
P. J.
Hakonen
,
Nano Lett.
12
,
198
(
2012
).
7.
C.
Chen
,
S.
Lee
,
V. V.
Deshpande
,
G.-H.
Lee
,
M.
Lekas
,
K.
Shepard
, and
J.
Hone
,
Nat. Nanotechnol.
8
,
923
(
2013
).
8.
M. C.
Lemme
,
T. J.
Echtermeyer
,
M.
Baus
, and
H.
Kurz
,
IEEE Electron Device Lett.
28
,
282
(
2007
).
9.
S. J.
Cartamil-Bueno
,
D.
Davidovikj
,
A.
Centeno
,
A.
Zurutuza
,
H. S. J.
van der Zant
,
P. G.
Steeneken
, and
S.
Houri
,
Nat. Commun.
9
,
4837
(
2018
).
10.
J.
Dauber
,
A. A.
Sagade
,
M.
Oellers
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
,
D.
Neumaier
, and
C.
Stampfer
,
Appl. Phys. Lett.
106
,
193501
(
2015
).
11.
A. D.
Smith
,
K.
Elgammal
,
X.
Fan
,
M. C.
Lemme
,
A.
Delin
,
M.
Råsander
,
L.
Bergqvist
,
S.
Schröder
,
A. C.
Fischer
,
F.
Niklaus
 et al,
RSC Adv.
7
,
22329
(
2017
).
12.
F.
Ricciardella
,
S.
Vollebregt
,
T.
Polichetti
,
M.
Miscuglio
,
B.
Alfano
,
M. L.
Miglietta
,
E.
Massera
,
G.
Di Francia
, and
P. M.
Sarro
,
Nanoscale
9
,
6085
(
2017
).
13.
A. D.
Smith
,
S.
Vaziri
,
F.
Niklaus
,
A. C.
Fischer
,
M.
Sterner
,
A.
Delin
,
M.
Östling
, and
M. C.
Lemme
,
Solid-State Electron.
88
,
89
(
2013
).
14.
R. J.
Dolleman
,
D.
Davidovikj
,
S. J.
Cartamil-Bueno
,
H. S.
van der Zant
, and
P. G.
Steeneken
,
Nano Lett.
16
,
568
(
2016
).
15.
R. J.
Dolleman
,
S. J.
Cartamil-Bueno
,
H. S. J.
van der Zant
, and
P. G.
Steeneken
,
2D Mater.
4
,
011002
(
2017
).
16.
S.
Vollebregt
,
R. J.
Dolleman
,
H. S. J.
van der Zant
,
P. G.
Steeneken
, and
P. M.
Sarro
, in
Transducers 2017, The 19th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems
(IEEE,
2017
), pp.
770
773
.
17.
D.
Davidovikj
,
P. H.
Scheepers
,
H. S. J.
van der Zant
, and
P. G.
Steeneken
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
9
,
43205
(
2017
).
18.
J. W.
Suk
,
A.
Kitt
,
C. W.
Magnuson
,
Y.
Hao
,
S.
Ahmed
,
J.
An
,
A. K.
Swan
,
B. B.
Goldberg
, and
R. S.
Ruoff
,
ACS Nano
5
,
6916
(
2011
).
19.
X.
Li
,
Y.
Zhu
,
W.
Cai
,
M.
Borysiak
,
B.
Han
,
D.
Chen
,
R. D.
Piner
,
L.
Colombo
, and
R. S.
Ruoff
,
Nano Lett.
9
,
4359
(
2009
).
20.
Y.
Lee
,
S.
Bae
,
H.
Jang
,
S.
Jang
,
S.-E.
Zhu
,
S. H.
Sim
,
Y. I.
Song
,
B. H.
Hong
, and
J.-H.
Ahn
,
Nano Lett.
10
,
490
(
2010
).
21.
X.-D.
Chen
,
Z.-B.
Liu
,
C.-Y.
Zheng
,
F.
Xing
,
X.-Q.
Yan
,
Y.
Chen
, and
J.-G.
Tian
,
Carbon
56
,
271
(
2013
).
22.
M.
Her
,
R.
Beams
, and
L.
Novotny
,
Phys. Lett. A
377
,
1455
(
2013
).
23.
Y.-C.
Lin
,
C.-C.
Lu
,
C.-H.
Yeh
,
C.
Jin
,
K.
Suenaga
, and
P.-W.
Chiu
,
Nano Lett.
12
,
414
(
2012
).
24.
A.
Pirkle
,
J.
Chan
,
A.
Venugopal
,
D.
Hinojos
,
C.
Magnuson
,
S.
McDonnell
,
L.
Colombo
,
E.
Vogel
,
R.
Ruoff
, and
R.
Wallace
,
Appl. Phys. Lett.
99
,
122108
(
2011
).
25.
J. W.
Suk
,
W. H.
Lee
,
J.
Lee
,
H.
Chou
,
R. D.
Piner
,
Y.
Hao
,
D.
Akinwande
, and
R. S.
Ruoff
,
Nano Lett.
13
,
1462
(
2013
).
26.
J.
Chan
,
A.
Venugopal
,
A.
Pirkle
,
S.
McDonnell
,
D.
Hinojos
,
C. W.
Magnuson
,
R. S.
Ruoff
,
L.
Colombo
,
R. M.
Wallace
, and
E. M.
Vogel
,
ACS Nano
6
,
3224
(
2012
).
27.
M. T.
Pettes
,
I.
Jo
,
Z.
Yao
, and
L.
Shi
,
Nano Lett.
11
,
1195
(
2011
).
28.
I.
Jo
,
M. T.
Pettes
,
L.
Lindsay
,
E.
Ou
,
A.
Weathers
,
A. L.
Moore
,
Z.
Yao
, and
L.
Shi
,
AIP Adv.
5
,
053206
(
2015
).
29.
V.
Singh
,
S.
Sengupta
,
H. S.
Solanki
,
R.
Dhall
,
A.
Allain
,
S.
Dhara
,
P.
Pant
, and
M. M.
Deshmukh
,
Nanotechnology
21
,
165204
(
2010
).
30.
R. A.
Barton
,
I. R.
Storch
,
V. P.
Adiga
,
R.
Sakakibara
,
B. R.
Cipriany
,
B.
Ilic
,
S. P.
Wang
,
P.
Ong
,
P. L.
McEuen
,
J. M.
Parpia
, and
H. G.
Craighead
,
Nano Lett.
12
,
4681
(
2012
).
31.
C.
Chen
,
S.
Rosenblatt
,
K. I.
Bolotin
,
W.
Kalb
,
P.
Kim
,
I.
Kymissis
,
H. L.
Stormer
,
T. F.
Heinz
, and
J.
Hone
,
Nat. Nanotechnol.
4
,
861
(
2009
).
32.
A.
Ferrari
,
J.
Meyer
,
V.
Scardaci
,
C.
Casiraghi
,
M.
Lazzeri
,
F.
Mauri
,
S.
Piscanec
,
D.
Jiang
,
K.
Novoselov
,
S.
Roth
, and
A.
Geim
,
Phys. Rev. Lett.
97
,
187401
(
2006
).
33.
P.
Blake
,
E. W.
Hill
,
A.
Castro Neto
,
K. S.
Novoselov
,
D.
Jiang
,
R.
Yang
,
T. J.
Booth
, and
A.
Geim
,
Appl. Phys. Lett.
91
,
063124
(
2007
).
34.
P.
Nemes-Incze
,
Z.
Osváth
,
K.
Kamarás
, and
L.
Biró
,
Carbon
46
,
1435
(
2008
).
35.
J. S.
Bunch
,
S. S.
Verbridge
,
J. S.
Alden
,
A. M.
Van Der Zande
,
J. M.
Parpia
,
H. G.
Craighead
, and
P. L.
McEuen
,
Nano Lett.
8
,
2458
(
2008
).
36.
D.
Davidovikj
,
F.
Alijani
,
S. J.
Cartamil-Bueno
,
H. S. J.
van der Zant
,
M.
Amabili
, and
P. G.
Steeneken
,
Nat. Commun.
8
,
1253
(
2017
).
37.
R. J.
Nicholl
,
H. J.
Conley
,
N. V.
Lavrik
,
I.
Vlassiouk
,
Y. S.
Puzyrev
,
V. P.
Sreenivas
,
S. T.
Pantelides
, and
K. I.
Bolotin
,
Nat. Commun.
6
,
8789
(
2015
).
38.
J.-U.
Lee
,
D.
Yoon
, and
H.
Cheong
,
Nano Lett.
12
,
4444
(
2012
).
39.
C. S.
Ruiz-Vargas
,
H. L.
Zhuang
,
P. Y.
Huang
,
A. M.
Van Der Zande
,
S.
Garg
,
P. L.
McEuen
,
D. A.
Muller
,
R. G.
Hennig
, and
J.
Park
,
Nano Lett.
11
,
2259
(
2011
).
40.
G.
Sauerbrey
,
Z. Phys.
155
,
206
(
1959
).
41.
C.
O'Sullivan
and
G.
Guilbault
,
Biosens. Bioelectron.
14
,
663
(
1999
).
42.
D. A.
Buttry
and
M. D.
Ward
,
Chem. Rev.
92
,
1355
(
1992
).
43.
N.
Kakenov
,
O.
Balci
,
O.
Salihoglu
,
S. H.
Hur
,
S.
Balci
, and
C.
Kocabas
,
Appl. Phys. Lett.
109
,
053105
(
2016
).
44.
V.
Van Quang
,
V. N.
Hung
,
V. N.
Phan
,
T. Q.
Huy
, and
N.
Van Quy
,
Thin Solid Films
568
,
6
(
2014
).
45.
Q.
Li
,
J.
Song
,
F.
Besenbacher
, and
M.
Dong
,
Acc. Chem. Res.
48
,
119
(
2015
).
46.
D.
Davidovikj
,
M.
Poot
,
S. J.
Cartamil-Bueno
,
H. S.
van der Zant
, and
P. G.
Steeneken
,
Nano Lett.
18
,
2852
(
2018
).
47.
F.
Ye
,
J.
Lee
, and
P. X.-L.
Feng
, in
2017 IEEE 30th International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS)
(IEEE,
2017
), pp.
68
71
.
48.
A.
Goossens
,
V.
Calado
,
A.
Barreiro
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
, and
L.
Vandersypen
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
073110
(
2012
).
49.
J.
Moser
,
A.
Barreiro
, and
A.
Bachtold
,
Appl. Phys. Lett.
91
,
163513
(
2007
).
50.
S.
Ghosh
,
I.
Calizo
,
D.
Teweldebrhan
,
E.
Pokatilov
,
D.
Nika
,
A.
Balandin
,
W.
Bao
,
F.
Miao
, and
C. N.
Lau
,
Appl. Phys. Lett.
92
,
151911
(
2008
).
51.
R. J. T.
Nicholl
,
N. V.
Lavrik
,
I.
Vlassiouk
,
B. R.
Srijanto
, and
K. I.
Bolotin
,
Phys. Rev. Lett.
118
,
266101
(
2017
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.