[发明专利]一种识别二维三维材料异质结中二维材料层数的光学方法

说明书

本发明公开了一种识别二维三维材料异质结中二维材料层数的光学方法，涉及二维/三维材料共形异质结测量表征技术领域，该方法包括：获取待识别二维/三维材料异质结的光学图像；从颜色厚度对应关系中确定与二维/三维材料异质结的颜色信息对应的二维/三维材料异质结厚度，从待识别二维/三维材料异质结的厚度对应的计算图谱中，得到二维/三维材料异质结的颜色随二维材料层数变化的计算图谱，将待识别二维/三维材料异质结光学图像与计算图谱进行比对，确定二维/三维材料异质结中二维材料的层数。本发明基于光学图像与对应关系的比对，可以方便快捷有效的识别光学显微镜观测的二维/三维材料异质结中二维材料层数。

技术领域

本发明涉及二维/三维材料异质结测量表征技术领域，尤其是一种识别二维三维材料异质结中二维材料层数的光学方法。

背景技术

自石墨烯首次剥离以来，二维材料已成为一个庞大的材料家族，包括半金属、半导体、绝缘体，具有许多优越的热力学、电学、力学和光学特性。MoS₂作为典型的二维半导体，其能带结构强烈依赖于其层数，随着厚度从块体减小到单层，带隙从1.29eV的间接带隙逐渐增加并最终过渡到1.8eV的直接带隙。MoS₂的层数相关的能带结构使其在宽光谱响应的高灵敏光电晶体管和高开关比的低功耗场效应晶体管中的具有广泛应用前景。

二维材料作为构建块可以与传统的体块(三维)材料集成，形成二维/三维混合异质结构，从而具有不寻常的特性和新的物理现象，扩展了其在电子和光电子学中的应用。二维MoS₂和三维Ge形成异质结用于隧穿场效应晶体管，MoS₂/MoO₂异质结构显示出稳定的负离子和中性激子，扩展了其在光电探测器和光伏电池中的应用，MoS₂/MoO₂异质结构也表现出优异的析氢反应活性，利用MoS₂的高电导率，使其成为有前途的非金属催化剂的候选者。

二维材料的层数对二维/三维材料异质结的性能起着决定性的作用。而对于MoS₂/MoO₂异质结构，使用传统方法很难确定MoS₂的层数。由于MoS₂/MoO₂界面处没有明显的台阶，无法使用厚度表征最常用的手段AFM进行测量。拉曼光谱表征仅适用于少数层MoS₂的厚度表征，对于较厚(5L)的样品无法有效识别。高分辨率透射电子显微镜需要复杂的样品处理和操作，价格昂贵且耗时。白光干涉仪不适用于反射率低以及不透光的材料。超景深光学显微镜测试精度不够，无法测量纳米级别厚度的薄膜。因此，发展其他方法快速准确地表征二维/三维材料异质结中二维材料厚度是十分必要的。

发明内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种识别二维三维材料异质结中二维材料层数的光学方法，本发明的技术方案如下：

一种识别二维三维材料异质结中二维材料层数的光学方法，该方法包括：

获取待识别二维/三维材料异质结的光学图像，所述待识别二维/三维材料异质结剥离或生长在衬底结构上，所述光学图像包括所述待识别二维/三维材料异质结的颜色信息；

从颜色厚度对应关系中确定与所述待识别二维/三维材料异质结的颜色信息对应的二维/三维材料异质结厚度计算图谱；

确定二维/三维材料异质结厚度对应的计算图谱，计算图谱反映二维/三维材料异质结的颜色随二维材料层数变化的关系；

将所述待识别二维/三维材料异质结光学图像与所述二维/三维材料异质结厚度对应的计算图谱进行比对，确定所述待识别二维/三维材料异质结中二维材料的层数；

其中，所述颜色厚度对应关系以及不同厚度下的计算图谱是基于建立的三层系统反射模型的总反射率和四层系统反射模型的总反射率计算拟合得到的。