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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》由 TC279(全国纳米技术标准化技术委员会)归口上报及执行 ,主管部门为中国科学院

主要起草单位 中国科学院半导体研究所

目录

基础信息

计划号
20212960-T-491
制修订
制订
项目周期
24个月
下达日期
2021-08-24
申报日期
2020-11-25
公示开始日期
2021-05-18
公示截止日期
2021-06-01
标准类别
方法
国际标准分类号
17.180.30
17 计量学和测量、物理现象
17.180 光学和光学测量
17.180.30 光学测量仪器
归口单位
全国纳米技术标准化技术委员会
执行单位
全国纳米技术标准化技术委员会
主管部门
中国科学院

起草单位

目的意义

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人们广泛的兴趣,已成为新一代高性能纳米光电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,其层数或者厚度是显著影响其光学和电学等性能的指标之一。

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,通过改变层数可调控基于二硫化钼的光电器件的光电性能及发光效率;基于多层二硫化钼的场效应晶体管在较大的电压范围内显示出比单层二硫化钼更高的电子迁移率和驱动电流,在薄膜晶体管、逻辑器件和传感器等方面更具应用优势。

所以快速准确地表征二硫化钼薄片的层数对于二硫化钼薄片的生产制备和相关产品开发有重要的指导意义,也是深入研究二硫化钼等材料的物理和化学性质的基础和推广其开发应用的核心,对于通过调控二硫化钼的层数进一步实现基于其的光电探测器、光电二极管、太阳能电池、电致发光器件中的性能可控具有重要意义。

目前,可用于检测二硫化钼薄片层数的各种方法因基于的原理和方法不同而导致测量值和判定标准不尽相同,造成了某些情况下测量结果不具有准确性和可靠性。

测量方法的多样化和不规范化造成行业内没有一致认可的测量结果,从而在某种程度上制约和影响了产业的发展和上下游企业间的技术交流。

制定二硫化钼薄片层数的相关测量方法标准,可为二硫化钼薄片层数的质量检验以及技术交流提供的科学、统一和普适的技术规范。

范围和主要技术内容

范围:本标准规定了拉曼光谱法测量二硫化钼薄片的层数时的测试步骤、仪器参数要求、数据分析、层数判定准则等内容。本标准规定了利用拉曼光谱测量机械剥离法制备的二硫化钼薄片层数的方法,包括基于E_2g^1模和A_1g模的峰位(A法)、基于剪切模和呼吸模的峰位(B法)和基于SiO2/Si衬底的硅拉曼模峰高(C法)进行二硫化钼薄片层数测量的拉曼光谱法。测量二硫化钼薄片的层数时,可单独或者综合几种方法联合测量并相互印证。本标准适用于利用机械剥离法制备的晶体质量高、横向尺寸不小于2 μm的2H型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型二硫化钼薄片可参照本方法执行。 主要技术内容: 单层和多层二硫化钼薄片具有高频拉曼振动模E_2g^1和A_1g,两层及以上的二硫化钼薄片还具有低频振动模,即呼吸(LB)模和剪切(S)模,它们的峰位与二硫化钼薄片的层数具有确定的关系。同时,二硫化钼薄片下硅衬底的拉曼峰高也与二硫化钼薄片的层数呈现一定的规律性。利用上述光谱参数随层数的变化关系可以准确测量二硫化钼薄片的层数。主要技术内容包括 : 1) 利用514nm或532nm激光测试二硫化钼薄片位于380-420cm-1内的高频E_2g^1和A_1g模,利用A_1g模和E_2g^1模的峰位之差?(A_1g-E_2g^1 )与层数N之间的经验关系为?(A_1g-E_2g^1 )=25.8-8.4/N,可确定1至5层二硫化钼薄片的层数。 2) 利用514nm或532nm激光测试二硫化钼薄片的低频拉曼光谱,利用不同偏振配置鉴别所观察的拉曼模为S模还是LB模,将实验结果与理论计算得到的数据库进行对比,即可表征2至10层二硫化钼薄片的层数。 3)利用488nm或532nm激光测试有二硫化钼薄片覆盖的SiO2/Si衬底位于520.7cm-1的硅拉曼特征峰的峰高I2D(Si)以及没有二硫化钼薄片覆盖时该衬底的硅拉曼特征峰的峰高为I0(Si),将I2D(Si)/I0(Si)的比值与理论结果进行比较,对应层数结果四舍五入取整,可确定1-10层的二硫化钼薄片的层数。