化学气相沉积法制备的多层石墨烯层数的确定方法技术

一种化学气相沉积法制备的多层石墨烯层数的确定方法，包括：在复合硅衬底上采用化学气相沉积法制备多层石墨烯样品或将采用化学气相沉积法制备在非复合硅衬底上的多层石墨烯样品转移到复合硅衬底上；通过拉曼光谱对比确定化学气相沉积生长的多层石墨烯样品中的单层石墨烯区；分别测量化学气相沉积生长的多层石墨烯区和单层石墨烯区的反射光谱，得到两者的光学对比度实验值；计算多层石墨烯样品和单层石墨烯的光学对比度理论值；将光学对比度实验值与光学对比度理论值对比，确定多层石墨烯样品的层数。该适用于6层以内多层石墨烯样品的层数表征，准确度高，测试方法简单，适用于衬底表面已经大部分被化学气相沉积生长的单层石墨烯覆盖的情况。

【技术实现步骤摘要】
化学气相沉积法制备的多层石墨烯层数的确定方法
本专利技术涉及材料物理性质参数的测试方法和光谱
，尤其涉及一种化学气相沉积法制备的多层石墨烯层数的确定方法。
技术介绍
化学气相沉积(ChemicalVaporDeposition，简称CVD)法是目前实验室和工业生制备面积高质量石墨烯的重要方法。因其兼有高质量和大批量的优点，已成为制备石墨烯的最重要的方法之一，是目前低成本制备大面积高品质石墨烯薄膜的最有效方法。通过CVD法制备的石墨烯也因其高导电性和晶体质量在柔性电极、触摸屏、智能玻璃和可穿戴传感器等领域得到了广泛的应用。虽然目前使用CVD法已可以制备出直径达数英寸无褶皱石墨烯单晶薄膜，但是制备出的石墨烯薄膜往往不仅只有单层，同时还伴随着不同层数的多层石墨烯的出现。CVD法制备的石墨烯包含很多个单晶区域，且每个单晶区域具有相同的成核中心。在其成核中心处，通常有多层的石墨烯(CVD-MLG)，且层数随着往外延伸而逐渐减小，直至单层石墨烯(CVD-1LG)。随着层数的增加，多层石墨烯显示出不同于单层石墨烯的电子能带结构和物理性质，因此确定CVD-MLG的层数对于研究此类材料的物理性质以及推广它们在半导体器件方面的应用有重要意义。但是目前对于确定CVD-MLG层数的方法却存在一定的局限性。例如，通过测量CVD-MLG的2D拉曼模式的峰型变化或者剪切拉曼模式的峰位可以确定小于5层的石墨烯样品的层数，但是CVD-MLG的拉曼特征模式的峰型和峰位信息容易受到样品中缺陷、表面吸附物质以及复杂的样品层间堆垛方式等因素影响；通过原子力显微镜测得CVD-MLG与衬底之间的高度差，可以推算样品的层数，但由于单层石墨烯的厚度只有原子力显微镜的测试结果极易受到衬底粗糙度以及样品表面吸附物等因素的影响而存在较大偏差；利用特定衬底上薄膜或片层状样品的反射光强度与衬底反射光强度的差异，即光学衬度也可以有效地对小于10层的石墨烯样品进行层数表征，但是随着层数增加，相邻层数样品之间的光学对比度差别越来越小，会影响层数的准确判定，检测结果也会受到各种测试如硅衬底表面二氧化硅的厚度、物镜的数值孔径、数据的处理方法等参数的影响。特别地，后两种方法不适用于CVD法制备出的石墨烯样品的衬底已经大部分被CVD-1LG覆盖的情况。因此，寻找一种快速而准确地确定化学气相沉积法制备的多层石墨烯层数的方法，同时不受样品中缺陷以及样品层间复杂的堆垛方式等因素对层数测量的影响，对于建立相关的国家标准以及引导和促进我国石墨烯产业健康和有序发展都非常重要。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题针对于上述技术问题，本专利技术提出一种化学气相沉积法制备的多层石墨烯层数的确定方法，用于至少部分解决上述技术问题。(二)技术方案本专利技术提出一种化学气相沉积法制备的多层石墨烯层数的确定方法，包括：S1，在二氧化硅-硅复合硅衬底上采用化学气相沉积法制备多层石墨烯样品或将采用化学气相沉积法制备在非复合硅衬底上的多层石墨烯样品转移到二氧化硅-硅复合硅衬底上；S2，采用微机械剥离方法制备单层石墨烯样品，分别测量多层石墨烯样品成核中心的外沿区域和单层石墨烯样品的拉曼光谱，对比两者拉曼光谱拉曼G模强度的峰面积，找到多层石墨烯样品中的单层石墨烯所在位置。S3，测量二氧化硅-硅复合衬底上多层石墨烯样品和单层石墨烯的反射光谱，根据反射光谱得到多层石墨烯样品和单层石墨烯的光学对比度实验值；S4，计算多层石墨烯样品和单层石墨烯的光学对比度理论值；将光学对比度实验值与光学对比度理论值对比，确定多层石墨烯样品的层数。可选地，对比两者拉曼光谱拉曼G模强度的峰面积中，对比标准为：|(AEX-1LG(G)-ACVD-1LG(G))/AEX-1LG(G)|＜20％其中，ACVD-1LG(G)为多层石墨烯样品中的单层石墨烯的拉曼G模强度，AEXD-1LG(G)为单层石墨烯样品的拉曼G模强度。可选地，测量二氧化硅-硅复合衬底上多层石墨烯样品和单层石墨烯的反射光谱包括：通过显微镜找到多层石墨烯样品中的单层石墨烯的区域并聚焦；以广谱白光源作为光源测试单层石墨烯的反射光谱R1LG(λ)；在相同的显微镜焦距和广谱白光源强度下，测量多层石墨烯样品的待测区域的反射光谱RMLG(λ)；光学对比度实验值δ(λ)＝1-RMLG(λ)/R1LG(λ)。可选地，广谱白光源的波长范围为400纳米-800纳米；多层石墨烯样品的同一待测区域选择至少5个样品点进行反射光谱测量。可选地，根据显微物镜数值孔径、石墨烯层、二氧化硅层和硅的复折射率、二氧化硅层厚度计算多层石墨烯样品的不同层数待测石墨烯区域相比于单层石墨烯的光学对比度理论值。可选地，石墨烯层的折射率为n1(λ)＝aexp(bλ)+cexp(dλ)，其中，a＝47.64，b＝-0.01434，c＝2.222，d＝0.0003668，其中，a1＝10412，b1＝1100，c1＝505.4，a2＝0.991，b2＝437.5，c2＝482.2，a3＝28.7，b3＝-166.8，c3＝245.2；二氧化硅层的折射率n1(λ)＝a1exp(b1λ)+c1exp(d1λ)，其中，a1＝0.2354，b1＝-0.007245，c1＝1.461，d1＝-7.146×10-6；硅的折射率为n2(λ)＝a2exp(b2λ)+c2exp(d2λ)，其中，a2＝912.5，b2＝-0.01624，c2＝4.644，d2＝0.0002941，k2(λ)＝fexp(gλ)+mexp(nλ)，其中，f＝12.87，g＝0.01027，m＝8.393×107，n＝0.05001。可选地，多层石墨烯样品转移或制备于第一二氧化硅-硅复合硅衬底上，单层石墨烯样品制备于第二二氧化硅-硅复合硅衬底上，第一二氧化硅-硅复合硅衬底与第二二氧化硅-硅复合硅衬底结构相同。可选地，制备或转移的多层石墨烯样品中，每一不同区域的横向二维尺寸的最小均匀尺寸应大于2微米。可选地，测量二氧化硅-硅复合衬底上多层石墨烯样品和单层石墨烯的反射光谱中，采用的显微镜的数值孔径小于等于0.55的长工作距离物镜。可选地，采用微机械剥离方法制备单层石墨烯样品中，采用的显微物镜下激光的功率小于0.5mW；分别测量多层石墨烯样品成核中心的外沿区域和单层石墨烯样品的拉曼光谱中，采用的显微拉曼光谱仪中单个电荷耦合器件图像传感器所覆盖的范围优于0.5cm-1。(三)有益效果本专利技术提出一种化学气相沉积法制备的多层石墨烯层数的确定方法，有益效果为：1、多层石墨烯样品相对于单层石墨烯的光学对比度随样品层数增加呈现单调递增变化关系，适用于6层以内多层石墨烯样品的层数表征，准确度高，测试方法简单。2、能够避免样品中缺陷以及样品层间复杂的堆垛方式等因素对层数测量的影响，具有很高的准确性。3、特别适用于CVD法制备出的石墨烯样品的衬底已经大部分被CVD-1LG覆盖、已无法仅利用石墨烯样品与衬底间的光学衬度来鉴别层数情况，避免了对衬底的依赖。4、单层石墨烯样品和多层石墨烯样品形成于相同结构的复合硅衬底上，通过比较单层石墨烯样品和多层石墨烯样品成核中心的最外沿区域的拉曼G模强度的峰面积来确定多层石墨烯样品中单层石墨烯区域位置，由于拉曼G模的强度的峰面积较大，且只依赖于复合硅衬底以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种化学气相沉积法制备的多层石墨烯层数的确定方法，其特征在于，包括：S1，在二氧化硅‑硅复合硅衬底上采用化学气相沉积法制备多层石墨烯样品或将采用化学气相沉积法制备在非复合硅衬底上的多层石墨烯样品转移到所述二氧化硅‑硅复合硅衬底上；S2，采用微机械剥离方法制备单层石墨烯样品，分别测量所述多层石墨烯样品成核中心的外沿区域和所述单层石墨烯样品的拉曼光谱，对比两者拉曼光谱拉曼G模强度的峰面积，找到所述多层石墨烯样品中的单层石墨烯所在位置；S3，测量所述二氧化硅‑硅复合衬底上所述多层石墨烯样品和所述单层石墨烯的反射光谱，根据所述反射光谱得到所述多层石墨烯样品和所述单层石墨烯的光学对比度实验值；S4，计算所述多层石墨烯样品和所述单层石墨烯的光学对比度理论值；将所述光学对比度实验值与所述光学对比度理论值对比，确定所述多层石墨烯样品的层数。

【技术特征摘要】
1.一种化学气相沉积法制备的多层石墨烯层数的确定方法，其特征在于，包括：S1，在二氧化硅-硅复合硅衬底上采用化学气相沉积法制备多层石墨烯样品或将采用化学气相沉积法制备在非复合硅衬底上的多层石墨烯样品转移到所述二氧化硅-硅复合硅衬底上；S2，采用微机械剥离方法制备单层石墨烯样品，分别测量所述多层石墨烯样品成核中心的外沿区域和所述单层石墨烯样品的拉曼光谱，对比两者拉曼光谱拉曼G模强度的峰面积，找到所述多层石墨烯样品中的单层石墨烯所在位置；S3，测量所述二氧化硅-硅复合衬底上所述多层石墨烯样品和所述单层石墨烯的反射光谱，根据所述反射光谱得到所述多层石墨烯样品和所述单层石墨烯的光学对比度实验值；S4，计算所述多层石墨烯样品和所述单层石墨烯的光学对比度理论值；将所述光学对比度实验值与所述光学对比度理论值对比，确定所述多层石墨烯样品的层数。2.根据权利要求1所述的化学气相沉积法制备的多层石墨烯层数的确定方法，其特征在于，所述对比两者拉曼光谱中拉曼G模强度的峰面积中，对比标准为：|(AEX-1LG(G)-ACVD-1LG(G))/AEX-1LG(G)|＜20％其中，ACVD-1LG(G)为所述多层石墨烯样品中的单层石墨烯的拉曼G模强度，AEX-1LG(G)为所述单层石墨烯样品的拉曼G模强度。3.根据权利要求1所述的化学气相沉积法制备的多层石墨烯层数的确定方法，其特征在于，测量所述二氧化硅-硅复合衬底上所述多层石墨烯样品和所述单层石墨烯的反射光谱包括：通过显微镜找到所述多层石墨烯样品中的单层石墨烯的区域并聚焦；以广谱白光源作为光源测试所述单层石墨烯的反射光谱R1LG(λ)；在相同的显微镜焦距和广谱白光源强度下，测量所述多层石墨烯样品的待测区域的反射光谱RMLG(λ)；所述光学对比度实验值δ(λ)＝1-RMLG(λ)/R1LG(λ)。4.根据权利要求1所述的化学气相沉积法制备的多层石墨烯层数的确定方法，其特征在于，所述广谱白光源的波长范围为400纳米-800纳米；所述多层石墨烯样品的同一待测区域选择至少5个样品点进行反射光谱测量。5.根据权利要求1和所述的化学气相沉积法制备的多层石墨烯层数的确定方法，其特征在于，根据所述显微物镜数值孔径、石墨烯层、二氧化硅层和硅的复折射率、二氧化硅层厚度计算所述多层石墨烯样品的不...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘雪璐，谭平恒，李晓莉，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11