【儀表網(wǎng) 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)】近日，由中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所起草，TC279(全國納米技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì))歸口的國家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃《納米技術(shù) 拉曼光譜法測量二硫化鉬薄片的層數(shù)》征求意見稿已編制完成，現(xiàn)公開征求意見。
 

　　二硫化鉬薄片具有優(yōu)異的電學(xué)、光學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)等性能，在學(xué)術(shù)屆和工業(yè)屆都引起了廣泛的關(guān)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(shù)或者厚度顯著影響其光學(xué)和電學(xué)等性能。例如，單層二硫化鉬薄片為直接帶隙半導(dǎo)體，多層二硫化鉬薄片為間接帶隙半導(dǎo)體，且?guī)峨S層數(shù)增加而逐漸降低，但場效應(yīng)遷移率和電流密度會(huì)隨之提高，進(jìn)而通過調(diào)控二硫化鉬薄片的層數(shù)實(shí)現(xiàn)與其相關(guān)的光電探測器、光電二極管、太陽能電池和電致發(fā)光器件的可控性能。所以，快速準(zhǔn)確地表征二硫化鉬薄片的層數(shù)對(duì)于其生產(chǎn)制備和相關(guān)產(chǎn)品開發(fā)具有重要的指導(dǎo)意義，也是深入研究二硫化鉬薄片的物理和化學(xué)性質(zhì)的基礎(chǔ)和其開發(fā)應(yīng)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(yīng)用于二硫化鉬薄片的層數(shù)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(dòng)模——E2g1 和A1g的峰位差值隨二硫化鉬薄片的層數(shù)而遞增，兩層及以上的二硫化鉬薄片中低頻拉曼振動(dòng)模——呼吸(LB)模和剪切(S)模的峰位與二硫化鉬薄片的層數(shù)具有確定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。同時(shí)，對(duì)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(qiáng)度也與其上二硫化鉬薄片的層數(shù)呈現(xiàn)單調(diào)變化的關(guān)系。因此，利用上述拉曼光譜參數(shù)特征，就可以準(zhǔn)確地測量二硫化鉬薄片的層數(shù)。
 

　　由于不同方法制備的二硫化鉬薄片在結(jié)晶性和微觀結(jié)構(gòu)上存在較大差異，現(xiàn)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(shí)際應(yīng)用中需要根據(jù)二硫化鉬薄片的結(jié)晶性和微觀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來選擇一種或多種合適的表征方法對(duì)其層數(shù)進(jìn)行綜合分析。
 

　　本文件的制定，將為利用拉曼光譜法進(jìn)行機(jī)械剝離方法制備的二硫化鉬薄片的層數(shù)測量提供科學(xué)可靠的依據(jù)以及標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)方法，并促進(jìn)拉曼光譜在納米技術(shù)領(lǐng)域及二維材料產(chǎn)業(yè)中的推廣應(yīng)用，為二硫化鉬薄片等二維材料的生產(chǎn)和研究提供技術(shù)指導(dǎo)。
 

　　本文件規(guī)定了使用拉曼光譜法測量二硫化鉬薄片的層數(shù)的方法。本文件適用于利用機(jī)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(shù)測量。化學(xué)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(zhí)行。
 

　　測量步驟與層數(shù)判定：
 

　　1.使用放大倍數(shù)50倍、數(shù)值孔徑不大于0.55的顯微物鏡；激光到達(dá)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(yīng)涵蓋 500～540 cm-1。
 

　　3.用光學(xué)顯微鏡對(duì)襯底上樣品進(jìn)行圖像分析，掌握 MoS2 薄片的位置，確定測量區(qū)域。
 

　　4.獲得待測 MoS2薄片附近區(qū)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(shí)激光對(duì)樣品的聚焦?fàn)顟B(tài)非常敏感，需先對(duì) SiO2/Si 襯底進(jìn)行準(zhǔn)確聚焦，使激光斑中心對(duì)準(zhǔn)待測樣品附近裸露的沒有明顯雜質(zhì)覆蓋的襯底，細(xì)微調(diào)節(jié)物鏡與襯底之間的相對(duì)距離(即微調(diào)聚焦)，獲得 Si 拉曼模峰高最大時(shí)的聚焦?fàn)顟B(tài)。選擇合適的拉曼光譜采集時(shí)間，使得 Si 峰峰高計(jì)數(shù)超過 5000。利用洛倫茲線型擬合得到峰高 I0(Si)的數(shù)值。
 

　　5.獲得待測 MoS2薄片樣品區(qū)域上 SiO2/Si 襯底的拉曼模峰高 I2D(Si)：保持測量 I0(Si)時(shí)的聚焦?fàn)顟B(tài)不變，平移位移臺(tái)使激光斑中心對(duì)準(zhǔn)待測 MoS2薄片樣品區(qū)域，獲得與 7.3.4 同樣采集時(shí)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(shù)值。
 

　　6.計(jì)算兩者的峰高比值 I2D(Si)/ I0(Si)。在待測樣品中色度一致的區(qū)域內(nèi)，選擇不同位置測量 3 組數(shù)據(jù)取算術(shù)平均值，單一測量值與算數(shù)平均值的偏差不應(yīng)大于±10%，否則本標(biāo)準(zhǔn)方法不適用于該MoS2薄片。查閱表 3，根據(jù) I2D(Si)/ I0(Si)所處的參考范圍得到待測樣品的層數(shù)。與表中的理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，得到對(duì)應(yīng)的層數(shù)。測量實(shí)例參見附錄 E。
 

　　7.若所測峰高比值 I2D(Si)/ I0(Si)與表 3 中各數(shù)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(shù)超過 10 層。
 

　　8.對(duì)于襯底 SiO2厚度非 90±5nm 的情況，應(yīng)按照 GB/T 31225 精確測量 SiO2/Si 襯底上 SiO2層的厚度，并根據(jù)該厚度、激光波長和物鏡數(shù)值孔徑，計(jì)算出 I2D(Si)/ I0(Si)與 MoS2 薄片層數(shù)的變化關(guān)系。在不同數(shù)值孔徑和 SiO2層厚度條件下，532nm 激發(fā)時(shí) I2D(Si)/ I0(Si)理論計(jì)算比值與 MoS2薄片層數(shù)的關(guān)系參見附錄 F。
 

　　測試報(bào)告：
 

　　測試報(bào)告應(yīng)包括但不限于以下內(nèi)容：
 

　　——依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)；
 

　　——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(shù)判定結(jié)果。
 

　　更多詳情請(qǐng)見附件。