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1064nm激光拉曼光谱在材料领域的应用

发布时间:2016-11-08

北京培科创新技术有限公司 www.peakscience.cn

拉曼光谱在材料领域的应用

拉曼光谱在化学和材料科学上的应用,主要是分子定性、定量和结构分析以及物 质物理化学性质的测定上。已有的应用包括:化合物的结构和某些官能团的确定、聚合物和有机化合物的测试、电化学研究和腐蚀研究、化学反应中催化剂作用的研究、对半导体芯片上微小复杂结构的应力及污染或缺陷的鉴定、金刚石镀膜和复合材料的测试、超导体测试、晶体的振动和结构、碳纳米管的生长和不同条件下特性的变化等等。由于具有结构信息丰富、可实现无损探测等突出优点,拉曼光谱在化学和材料科学上的应用受到越来越广泛的重视和研究。

1)薄膜结构材料拉曼研究:拉曼光谱已成CVD(化学气相沉积法)制备薄膜的检测和鉴定手段.拉曼可以研究单、多、微和非晶硅结构以及硼化非晶硅、氢化非晶硅、金刚石、类金刚石等层状薄膜的结构。

2)超晶格材料研究:可通过测量超晶格中的应变层的拉曼频移计算出应变层的应力,根据拉曼峰的对称性,知道晶格的完整性。

3)半导体材料研究:拉曼光谱可测出经离子注入后的半导体损伤分布,可测出半磁半导体的组分,外延层的质量,外延层混品的组分载流子浓度。

4)耐高温材料的相结构拉曼研究。

5)纳米材料的量子尺寸效应研究。

1.半导体材料内应力的研究:100nm以下MOSFET硅基的应力较大和较多的电子和空穴迁移增强将会导致硅基应力的增大,并不会因材料结构的完整性而减弱。

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如图所示,左侧为硅基氧化物的透射电镜成像。右侧为拉曼光谱检测,硅的拉曼峰没有发生频移,即使在1000℃退火7.5分钟后,这表明热处理之后应力依然保留着。

2. 金属-分子-半导体界面电荷转移效应将层层组装技术和溶胶-凝胶作用结合构建了有序的Ag/MPH/TiO2电荷转移复合体系,通过SERS技术,观察并探讨了体系中的电荷转移现象。

如图在Ag/MPH/TiO2体系与Au NPs 接触之后,位于157214791291 1163899以及701cm-1处的峰有明显的增强,而这些峰均归属于非完全对称振动模式。而根据Lombardi的电荷转移模型,Herzberg-Teller 效应对探针分子的完全对称振动模式和非完全对称振动模式均有增强,AgNPs Au NPs之间的相互作用实现对AgNPsFermi能级的调整,促进了体系中电荷转移,使得b2振动模式的峰出现选择性增强。

3.拉曼光谱在材料结构信息的应用:拉曼光谱是一个快速的、非破坏性的技术,能够直接反映电子-声子的相互作用,对电子结构和晶体结构有着很高的灵敏度。因此,可以通过观察拉曼光谱中指纹区的特征谱带的变化来推断石墨烯的层数。

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如图A. BaySpec Nomadic-532nm显微拉曼光谱仪测试8寸硅基圆晶。B. 较大尺寸的样品,定义测量区域,进行拉曼Mapping自动测量。

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如图A.硅基石墨烯样品的的拉曼Mapping成像,使用硅的520cm-1特征峰,石墨烯的G峰和G进行重建。石墨烯主要特征峰是在 2700 cm-1附近的 G带(有时也被称为2D),是第二阶双声子模式。G’带的形状、位置和强度与石墨烯的层数相关。对于单层石墨烯,在较低位移的G带是一个尖峰,强度是G峰的4倍。对于两层或是更多层的石墨烯,第二个峰在 1685 cm-1附近出现。随着石墨烯层数的增加,G’峰的强度显著降低,并向高波数方向移动。

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