《納米技術 拉曼光譜法測量二硫化鉬薄片的層數》征求意見

　　【儀表網 行業標準】近日，由中國科學院半導體研究所起草，TC279(全國納米技術標準化技術委員會)歸口的國家標準計劃《納米技術 拉曼光譜法測量二硫化鉬薄片的層數》征求意見稿已編制完成，現公開征求意見。
 

　　二硫化鉬薄片具有優異的電學、光學、力學、熱學等性能，在學術屆和工業屆都引起了廣泛的關注，已成為新一代高性能納米光電子器件國際前沿研究的核心材料之一。二硫化鉬薄片作為二維層狀材料的代表，其層數或者厚度顯著影響其光學和電學等性能。例如，單層二硫化鉬薄片為直接帶隙半導體，多層二硫化鉬薄片為間接帶隙半導體，且帶隙隨層數增加而逐漸降低，但場效應遷移率和電流密度會隨之提高，進而通過調控二硫化鉬薄片的層數實現與其相關的光電探測器、光電二極管、太陽能電池和電致發光器件的可控性能。所以，快速準確地表征二硫化鉬薄片的層數對于其生產制備和相關產品開發具有重要的指導意義，也是深入研究二硫化鉬薄片的物理和化學性質的基礎和其開發應用的核心。
 

　　拉曼光譜作為一種快速、無損和高靈敏度的光譜表征方法，已被廣泛地應用于二硫化鉬薄片的層數測量。比如，單層和多層二硫化鉬薄片的拉曼光譜中，高頻拉曼振動模——E2g1 和A1g的峰位差值隨二硫化鉬薄片的層數而遞增，兩層及以上的二硫化鉬薄片中低頻拉曼振動模——呼吸(LB)模和剪切(S)模的峰位與二硫化鉬薄片的層數具有確定的對應關系。同時，對于制備在氧化硅襯底上的二硫化鉬薄片，二硫化鉬下方硅襯底的拉曼峰的強度也與其上二硫化鉬薄片的層數呈現單調變化的關系。因此，利用上述拉曼光譜參數特征，就可以準確地測量二硫化鉬薄片的層數。
 

　　由于不同方法制備的二硫化鉬薄片在結晶性和微觀結構上存在較大差異，現有任何一種表征方法均不是具有確定意義的通用手段。在實際應用中需要根據二硫化鉬薄片的結晶性和微觀結構特點來選擇一種或多種合適的表征方法對其層數進行綜合分析。
 

　　本文件的制定，將為利用拉曼光譜法進行機械剝離方法制備的二硫化鉬薄片的層數測量提供科學可靠的依據以及標準的實驗方法，并促進拉曼光譜在納米技術領域及二維材料產業中的推廣應用，為二硫化鉬薄片等二維材料的生產和研究提供技術指導。
 

　　本文件規定了使用拉曼光譜法測量二硫化鉬薄片的層數的方法。本文件適用于利用機械剝離法制備的、橫向尺寸不小于 2 µm 的 2H 堆垛的二硫化鉬薄片的層數測量。化學氣相沉積(CVD: chemical vapor deposition)法制備的 2H 堆垛的二硫化鉬薄片可參照本方法執行。
 

　　測量步驟與層數判定：
 

　　1.使用放大倍數50倍、數值孔徑不大于0.55的顯微物鏡；激光到達樣品表面的激光功率宜小于0.3mW，避免樣品被激光加熱和損傷。
 

　　2.選擇光譜掃描范圍應涵蓋 500～540 cm-1。
 

　　3.用光學顯微鏡對襯底上樣品進行圖像分析，掌握 MoS2 薄片的位置，確定測量區域。
 

　　4.獲得待測 MoS2薄片附近區域未被 MoS2 薄片覆蓋的 SiO2/Si 襯底的拉曼模峰高 I0(Si)：拉曼模的峰高與測試時激光對樣品的聚焦狀態非常敏感，需先對 SiO2/Si 襯底進行準確聚焦，使激光斑中心對準待測樣品附近裸露的沒有明顯雜質覆蓋的襯底，細微調節物鏡與襯底之間的相對距離(即微調聚焦)，獲得 Si 拉曼模峰高最大時的聚焦狀態。選擇合適的拉曼光譜采集時間，使得 Si 峰峰高計數超過 5000。利用洛倫茲線型擬合得到峰高 I0(Si)的數值。
 

　　5.獲得待測 MoS2薄片樣品區域上 SiO2/Si 襯底的拉曼模峰高 I2D(Si)：保持測量 I0(Si)時的聚焦狀態不變，平移位移臺使激光斑中心對準待測 MoS2薄片樣品區域，獲得與 7.3.4 同樣采集時間下 MoS2薄片樣品覆蓋下 SiO2/Si 襯底的拉曼模峰高 I2D(Si)。利用洛倫茲線型擬合得到峰高 I2D(Si)的數值。
 

　　6.計算兩者的峰高比值 I2D(Si)/ I0(Si)。在待測樣品中色度一致的區域內，選擇不同位置測量 3 組數據取算術平均值，單一測量值與算數平均值的偏差不應大于±10%，否則本標準方法不適用于該MoS2薄片。查閱表 3，根據 I2D(Si)/ I0(Si)所處的參考范圍得到待測樣品的層數。與表中的理論計算結果進行比較，得到對應的層數。測量實例參見附錄 E。
 

　　7.若所測峰高比值 I2D(Si)/ I0(Si)與表 3 中各數值的誤差都大于 10%，則該 MoS2薄片不具有 2H堆垛方式或者層數超過 10 層。
 

　　8.對于襯底 SiO2厚度非 90±5nm 的情況，應按照 GB/T 31225 精確測量 SiO2/Si 襯底上 SiO2層的厚度，并根據該厚度、激光波長和物鏡數值孔徑，計算出 I2D(Si)/ I0(Si)與 MoS2 薄片層數的變化關系。在不同數值孔徑和 SiO2層厚度條件下，532nm 激發時 I2D(Si)/ I0(Si)理論計算比值與 MoS2薄片層數的關系參見附錄 F。
 

　　測試報告：
 

　　測試報告應包括但不限于以下內容：
 

　　——依據標準；
 

　　——測量方法；
 

　　——測試日期；
 

　　——測量者；
 

　　——樣品信息；
 

　　——儀器信息；
 

　　——拉曼譜圖及層數判定結果。
 

　　更多詳情請見附件。