《纳米技术 拉曼光谱法测量二硫化钼薄片的层数》征求意见
- 2023/11/15 10:48:49 27028
- 来源：仪表网
【仪表网 行业标准】近日，由中国科学院半导体研究所起草，TC279(全国纳米技术标准化技术委员会)归口的国家标准计划《纳米技术 拉曼光谱法测量二硫化钼薄片的层数》征求意见稿已编制完成，现公开征求意见。
二硫化钼薄片具有优异的电学、光学、力学、热学等性能，在学术届和工业届都引起了广泛的关注，已成为新一代高性能纳米光电子器件国际前沿研究的核心材料之一。二硫化钼薄片作为二维层状材料的代表，其层数或者厚度显著影响其光学和电学等性能。例如，单层二硫化钼薄片为直接带隙半导体，多层二硫化钼薄片为间接带隙半导体，且带隙随层数增加而逐渐降低，但场效应迁移率和电流密度会随之提高，进而通过调控二硫化钼薄片的层数实现与其相关的光电探测器、光电二极管、太阳能电池和电致发光器件的可控性能。所以，快速准确地表征二硫化钼薄片的层数对于其生产制备和相关产品开发具有重要的指导意义，也是深入研究二硫化钼薄片的物理和化学性质的基础和其开发应用的核心。
拉曼光谱作为一种快速、无损和高灵敏度的光谱表征方法，已被广泛地应用于二硫化钼薄片的层数测量。比如，单层和多层二硫化钼薄片的拉曼光谱中，高频拉曼振动模——E2g1 和A1g的峰位差值随二硫化钼薄片的层数而递增，两层及以上的二硫化钼薄片中低频拉曼振动模——呼吸(LB)模和剪切(S)模的峰位与二硫化钼薄片的层数具有确定的对应关系。同时，对于制备在氧化硅衬底上的二硫化钼薄片，二硫化钼下方硅衬底的拉曼峰的强度也与其上二硫化钼薄片的层数呈现单调变化的关系。因此，利用上述拉曼光谱参数特征，就可以准确地测量二硫化钼薄片的层数。
由于不同方法制备的二硫化钼薄片在结晶性和微观结构上存在较大差异，现有任何一种表征方法均不是具有确定意义的通用手段。在实际应用中需要根据二硫化钼薄片的结晶性和微观结构特点来选择一种或多种合适的表征方法对其层数进行综合分析。
本文件的制定，将为利用拉曼光谱法进行机械剥离方法制备的二硫化钼薄片的层数测量提供科学可靠的依据以及标准的实验方法，并促进拉曼光谱在纳米技术领域及二维材料产业中的推广应用，为二硫化钼薄片等二维材料的生产和研究提供技术指导。
本文件规定了使用拉曼光谱法测量二硫化钼薄片的层数的方法。本文件适用于利用机械剥离法制备的、横向尺寸不小于 2 µm 的 2H 堆垛的二硫化钼薄片的层数测量。化学气相沉积(CVD: chemical vapor deposition)法制备的 2H 堆垛的二硫化钼薄片可参照本方法执行。
测量步骤与层数判定：
1.使用放大倍数50倍、数值孔径不大于0.55的显微物镜；激光到达样品表面的激光功率宜小于0.3mW，避免样品被激光加热和损伤。
2.选择光谱扫描范围应涵盖 500～540 cm-1。
3.用光学显微镜对衬底上样品进行图像分析，掌握 MoS2 薄片的位置，确定测量区域。
4.获得待测 MoS2薄片附近区域未被 MoS2 薄片覆盖的 SiO2/Si 衬底的拉曼模峰高 I0(Si)：拉曼模的峰高与测试时激光对样品的聚焦状态非常敏感，需先对 SiO2/Si 衬底进行准确聚焦，使激光斑中心对准待测样品附近裸露的没有明显杂质覆盖的衬底，细微调节物镜与衬底之间的相对距离(即微调聚焦)，获得 Si 拉曼模峰高最大时的聚焦状态。选择合适的拉曼光谱采集时间，使得 Si 峰峰高计数超过 5000。利用洛伦兹线型拟合得到峰高 I0(Si)的数值。
5.获得待测 MoS2薄片样品区域上 SiO2/Si 衬底的拉曼模峰高 I2D(Si)：保持测量 I0(Si)时的聚焦状态不变，平移位移台使激光斑中心对准待测 MoS2薄片样品区域，获得与 7.3.4 同样采集时间下 MoS2薄片样品覆盖下 SiO2/Si 衬底的拉曼模峰高 I2D(Si)。利用洛伦兹线型拟合得到峰高 I2D(Si)的数值。
6.计算两者的峰高比值 I2D(Si)/ I0(Si)。在待测样品中色度一致的区域内，选择不同位置测量 3 组数据取算术平均值，单一测量值与算数平均值的偏差不应大于±10%，否则本标准方法不适用于该MoS2薄片。查阅表 3，根据 I2D(Si)/ I0(Si)所处的参考范围得到待测样品的层数。与表中的理论计算结果进行比较，得到对应的层数。测量实例参见附录 E。
7.若所测峰高比值 I2D(Si)/ I0(Si)与表 3 中各数值的误差都大于 10%，则该 MoS2薄片不具有 2H堆垛方式或者层数超过 10 层。
8.对于衬底 SiO2厚度非 90±5nm 的情况，应按照 GB/T 31225 精确测量 SiO2/Si 衬底上 SiO2层的厚度，并根据该厚度、激光波长和物镜数值孔径，计算出 I2D(Si)/ I0(Si)与 MoS2 薄片层数的变化关系。在不同数值孔径和 SiO2层厚度条件下，532nm 激发时 I2D(Si)/ I0(Si)理论计算比值与 MoS2薄片层数的关系参见附录 F。
测试报告：
测试报告应包括但不限于以下内容：
——依据标准；
——测量方法；
——测试日期；
——测量者；
——样品信息；
——仪器信息；
——拉曼谱图及层数判定结果。
更多详情请见附件。
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