二硫化鉬（MoS2）的層數(shù)識(shí)別技術(shù)

后石墨烯材料

石墨烯是碳原子的二維晶體，具有錐形能帶結(jié)構(gòu)、高載流子遷移率、高透明度等特點(diǎn)[1, 2]。石墨烯研究帶來(lái)的一個(gè)發(fā)現(xiàn)是，通過(guò)控制層狀材料（單層）中的層數(shù)，可以獲得全新的物理特性。這一想法不僅應(yīng)用于石墨烯，還應(yīng)用于過(guò)渡金屬二硫化物（例如 MoS2和WS2 ），并受到了相當(dāng)大的關(guān)注 [3] 。

二硫化鉬（MoS 2）是一種過(guò)渡金屬二硫化物，其中二維晶體層通過(guò)范德華力弱鍵合。塊狀 MoS2具有間接能帶結(jié)構(gòu)，而單層二維晶體 MoS2具有直接能帶結(jié)構(gòu) [4]。由于 MoS 2 的帶隙和高載流子遷移率 [5]，從晶體管等半導(dǎo)體器件應(yīng)用的角度來(lái)看， MoS 2也引起了人們的關(guān)注。確定層數(shù)對(duì)于研究取決于層數(shù)和半導(dǎo)體器件應(yīng)用的物理特性差異很重要。與 AFM 和光學(xué)顯微鏡一起，拉曼光譜是確定層數(shù)的主要測(cè)量技術(shù) [4]。 

下圖是通過(guò)膠帶剝離在硅基板上制造的 MoS2 薄膜的拉曼圖像。拉曼成像可用于可視化樣本中的層數(shù)，其中層數(shù)因地而異。在 12,000 個(gè)點(diǎn)測(cè)量拉曼光譜，并評(píng)估每個(gè)點(diǎn)的層數(shù)以創(chuàng)建拉曼圖像。紅色表示具有兩層的 MoS2 ，綠色表示具有三層或更多層的 MoS2。可以從拉曼峰位置識(shí)別兩層或更多層，如下所示。

從拉曼光譜的峰值位置確定層數(shù)

右圖是選定區(qū)域的平均拉曼光譜。層數(shù)由該拉曼光譜的385 cm -1和408 cm -1附近的峰位置確定。在MoS 2中，隨著層數(shù)的增加，385 cm -1峰向低波數(shù)移動(dòng)，408 cm -1峰向高波數(shù)移動(dòng)。峰值位置明顯地從單層變?yōu)樗膶?，但是很難與五層或更多層的塊體區(qū)分開(kāi)來(lái)。該樣品區(qū)分了 2 層和 4 層，但即使是單層 MoS 2也可以清楚地區(qū)分。這種亞微米及以下的拉曼峰位移分析是只有使用具有高空間分辨率和高峰值位置精度的 RAMANtouch/RAMANforce 才能進(jìn)行的測(cè)量。

如下圖所示，通過(guò)對(duì)峰值位置進(jìn)行成像，可以確認(rèn)每個(gè)位置的層數(shù)變化。此外，在光學(xué)顯微鏡圖像中，5層以上的部分看起來(lái)有點(diǎn)白，但4層以下的部分無(wú)法區(qū)分。

隨著層數(shù)的增加拉曼光譜的變化

■ E 1 2g模式（峰值在385 cm -1

）范德華力隨層數(shù)的增加幾乎沒(méi)有影響，并且由于層間的層合和庫(kù)侖力在長(zhǎng)距離（（長(zhǎng)-范圍更大的庫(kù)侖相互作用）被認(rèn)為主導(dǎo)原子振動(dòng)的變化 [6, 7]。 

■ 1g模式（峰值在408cm -1

）垂直于平面的原子振動(dòng)。隨著層數(shù)的增加，范德華力增加，抑制平面間原子振動(dòng)并將峰值位置移動(dòng)到更高的波數(shù) [6, 7]。