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

5纳米技术拉曼光谱法测量二硫化钼薄片的层数警示：本文件涉及使用激光器，其产生的激光对眼睛可能产生不可逆的损伤。使用激光器时应佩戴对应的激光防护眼镜，严禁用眼睛直视激光，避免激光经光学元件反射进入人眼。操作人员应接受过相关安全培本文件规定了使用拉曼光谱法测量二硫化钼薄片的层数注2：第5章给出了基于剪切模和呼吸模的峰位测量二硫化钼薄片层数的拉曼光谱法（A下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文GB/T31225椭圆偏振仪测量硅表面上二氧化硅薄层厚度GB/T33252纳米技术激光共聚焦显微GB/T40069纳米技术石墨烯相关二维材料的层数测量拉曼原子与一层Mo原子堆叠形成的三明治状的层状结构相图1单层二硫化钼（1L-MoS2）结构示意图multilayermolybdenumdisulfide；M层数numberoflayers拉曼峰Ramanpeak;Ramanmode;Ra4样品准备E′、E和Eg模E′、EandEgmode为E′、E和Eg模。以下统一用Eg模表示。A、Ag和A1g模A、AgandA1gmode别标记为A、Ag和A1g模。以下统一用A1g模表示。低频拉曼模low-frequencyRam呼吸模layerbreathingmode9其中A法和B法对于SiO2/Si衬底上SiO2的厚度无要求；C法要求SiO2/Si衬底上SiO2的厚度为90nm±5nm，以下称之为90nmSiO2/Si衬底。SiO2层的厚度应按照GB/T31225进行测量。5基于剪切模和呼吸模的峰位测量二硫化钼薄片层模记为SN,1/LBN,1（即i=N-1），峰位最低的拉曼模记为SN,N−1/LBN,N−1（即i=1）。SN,N−i和LBN,N−i的峰2N)，ω(LBN,N−i)=ω(LBbulk)sin(iπ/2N)，其中MoS2体材料的S模和LB模的峰位为ω(Sbulk)=其中峰位最高且强度最强的SN,1模、峰位次高且强度次强的SN,3模(N≥4时)、峰位最低且强度最强的步根据本文件第6章B法中Eg和A1g模的峰位差来判断该MoS2薄片是否为单层MoS2。此方法适用于2至10层的2H-MoS2薄片的层数测量。图3(a)1至10层以及体材料2H-MoS2薄片的低频拉曼光谱，(b)SN,1模和SN,3模的峰位随层数(N)的变化关系，(c)LBN,N−1模和LBN,N−3模的峰位随层数(N)的变化关系5.2仪器单个阵列探测器阵元所覆盖波数宜优于0.5cm-1，且该光谱仪所测得硅材料位于520cm-1拉曼模的5.3测量步骤与层数判定5.3.5根据实验所测SN,1模、SN,3模、LBN,5.3.6若存在峰位重叠影响判断的情况，可进一步分别在平行偏振配置和垂直偏振配置下测量待测样表12至10层2H-MoS2薄片中SN,1模、SN,3模、LBN,N−1模和LBN,N−3模的参考值层数SN,1模峰位SN,3模峰位LBN,N−1模峰位LBN,N−3模峰位2S2,1~23.0cm-1-LB2,1~40.1cm-1-3S3,1~28.1cm-1-LB3,2~28.4cm-1-4S4,1~30.0cm-1S4,3~12.4cm-1LB4,3~21.7cm-1LB4,1~52.5cm-15S5,1~30.9cm-1S5,3~19.1cm-1LB5,4~17.5cm-1LB5,2~45.9cm-16-S6,3~23.0cm-1LB6,5~14.7cm-1LB6,3~40.1cm-17-S7,3~25.4cm-1LB7,6~12.6cm-1LB7,4~35.4cm-18-S8,3~27.0cm-1LB8,7~11.1cm-1LB8,5~31.5cm-19-S9,3~28.1cm-1LB9,8~9.9cm-1LB9,6~28.4cm-1-S10,3~28.9cm-1LB10,9~8.9cm-1LB10,7~25.8cm-16基于Eg模和A1g模的峰位差测量二硫化钼薄片层数的拉曼光谱法（B法）示，5层以内Eg模和A1g模的峰位差∆(A1g−Eg)与2H-MoS2薄片的层数。5层以上峰位差∆ω(A1g−Eg)随层数变化不明显，可使用A法或C法进行判图4(a)1至10层2H-MoS2薄片的高频拉曼光谱，(b)Eg模峰位、A1g模峰位和两者峰位差∆ω(A1g−Eg)随层数N的变化关系。6.3.4对待测样品选择合适的拉曼光谱采集时间，使得A1g和Eg模峰高计数超过5000；利用洛伦兹线型拟合分别得到A1g和Eg模的峰位，并计算峰位差∆ω(A1g−Eg)。6.3.5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6.3.6若所测峰位差不在表2所列各参考范围内，表21至5层2H-MoS2薄片的A1g和Eg模峰位差∆ω(A1g−Eg)的参考范围峰位差∆幼(A19−E9)参考范围12345介质中发生多次反射和折射的光束会相互干涉，使得MoS曼峰高为I0(Si)，利用传输矩阵方法，根据SiO2/Si衬底表面覆值孔径，可计算得出两者峰高比值I2D(Si)/I0(Si)的比值与MoS2薄片图5制备在SiO2/Si衬底上的二硫图6（a）当激发光波长为532nm，SiO2/Si衬底表面SiO2厚度hSiO2为90nm、数值孔径NA等于0.50时I2D(Si)/I0(Si)与MoS2薄片层数(N)之间关系的理论计算结果（菱形点）给出了显微物镜倍数为50，数值孔径为0.50，SiO2厚度为90nm时，532nm激发下I2D(Si)/I0(Si)与层数(N)之间的理论计算结果，可见峰高比值I2D(Si)/I0(Si)与MoS2薄片层数呈单调变化关系，具体数值见表3，据此可判定1至10层2H-MoS2薄片的层图6（a）当激发光波长为532nm，SiO2/Si衬底表面SiO2厚度hSiO2为90nm、数值孔径NA等于0.50时I2D(Si)/I0(Si)与MoS2薄片层数(N)之间关系的理论计算结果（菱形点）7.3.4获得待测MoS2薄片附近7.3.5获得待测MoS2薄片样品区域上SiO2/Si衬底的拉曼模峰高I薄片样品覆盖下SiO2/Si衬底的拉曼模峰高I2D(Si)。利7.3.6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MoS22D(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表3I2D(Si)/I0(Si)与MoS2薄片层数之间关系的理论计算结果（532nm，衬底SiO2厚度为90nm，数值孔径为0.50）123456789I2D(Si)/I0(Si)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——测量者；拉曼光谱法测量二硫化钼薄片层数的各种方法概要一拉曼光谱法测量MoS2薄片层数的各种方法概要一览表见表AA.1拉曼光谱法测量二硫化钼薄片层数的各种方法概要一式SiO2厚度hSiO2（A法）1Eg模和A1g模的峰（B法）1（C法）11——瑞利线；2——峰高；3——峰面积/峰强（阴影部分4——峰位；5——峰宽；6——基线（点划线C.1实验条件见表C.1。依据标准纳米技术拉曼光谱法测量二硫化钼薄片的层数测量方法基于剪切模和呼吸模的峰位测量MoS2薄片的层数（A法）样品制备方法机械剥离法样品衬底参数SiO2/Si(111)衬底，SiO2厚度90nm，衬底尺寸1cmx1cm，带“字母+数字”标记拉曼光谱仪焦长800mm测试环境温度25℃激发波长532nm使用物镜倍数及其数值孔径物镜倍数=100X，NA=0.9入射到样品激光功率0.155mW测谱使用的光栅刻线数1800g/mm单个阵列探测器阵元所覆盖波数532nm激发时，光栅中心处于520cm-1时单个阵列探测器阵元所覆盖波数为0.49cm-1C.2测试结果及层数表征见表C.2。待测样品显微图像拉曼光谱图结果A-S1A-S2与S6,3模峰位相符；测得-16,3A-S3基于Eg模和A1g模的峰位差测量二硫化钼薄片层数的拉曼光谱法（B法）的表征实例D.1实验条件见表D.1。依据标准纳米技术拉曼光谱法测量二硫化钼薄片的层数测量方法基于Eg模和A1g模的峰位差测量MoS2薄片的层数（B法）样品制备方法机械剥离法样品衬底参数SiO2/Si(111)衬底，SiO2厚度90nm，衬底尺寸1cmx1cm，带“字母+数字”标记拉曼光谱仪焦长800mm测试环境温度25℃激发波长532nm使用物镜倍数及其数值孔径物镜倍数=100X，NA=0.9入射到样品激光功率0.155mW测谱使用的光栅刻线数1800g/mm单个阵列探测器阵元所覆盖波数532nm激发时，光栅中心处于520cm-1时单个阵列探测器阵元所覆盖波数为0.49cm-1D.2测试结果及层数表征见表D.2。待测样品显微图像拉曼光谱图结果测得A1g模峰位405.0cm-1，测得A1g模峰位407.6cm-1，测得A1g模峰位408.3cm-1，E.1实验条件见表E.1。依据标准纳米技术拉曼光谱法测量二硫化钼薄片的层数测量方法基于SiO2/Si衬底的硅拉曼模峰高测量MoS2薄片的层数（C样品制备方法机械剥离法样品衬底参数SiO2/Si(111)衬底，SiO2厚度90nm，衬底尺寸1cmx1cm，带“字母+数字”标记拉曼光谱仪焦长800mm测试环境温度25℃激发波长532nm使用物镜倍数及其数值孔径物镜倍数=50X，NA=0.55入射到样品激光功率0.155mW测谱使用的光栅刻线数1800g/mm单个阵列探测器阵元所覆盖波数532nm激发时，光栅中心处于520cm-1时单个阵列探测器阵元所覆盖波数为0.49cm-1E.2测试结果及层数表征见表E.2。待测样品显微图像拉曼光谱图结果0(Si)2D002D2D002D2D0I2D(Si)/I0(Si)理论计算结果(53hSiO2依据标准：测量方法：单位名称：测试日期：测试条件：a)谱仪型号、品牌、探测器型号等b)谱仪焦长c)光栅刻线d)激发波长e)使用物镜及其数值孔径f)到达样品表面的激光功率g)环境温度h)单个阵列探测器阵元覆盖波数(cm-1)待测样品信息：a)样品编号b)二硫化钼薄片制备方法c)衬底参数及规格d)待测二硫化钼薄片位置信息及显微样品图像测试结果:拉曼光谱分析图测试数据及对应层数spectroscopyofshearandlayerbreathin[2]X.Zhang,X.F.Qiao,W.Shi,J.B.Wu,D.S.JiangandP.H.Tan,Phonondimensionaltransitionmetaldichalcogenidesfrommonolayer,multilayertobulkmat