由于激發(fā)和薄膜內(nèi)的拉曼散射光的干擾锌钮，多層薄膜的拉曼信號強度隨薄膜厚度呈非單調(diào)變化。這種現(xiàn)象不僅可以用來增強拉曼信號引矩，還可以用來研究薄膜的厚度和光學性質(zhì)梁丘。
拉曼光譜用于表征二維材料薄膜厚度
測定薄膜材料厚度的常用技術(shù)包括光學方法旺韭，如反射光譜法和橢偏法。在某些情況下区端，例如當薄膜生長在透明的襯底上時值漫，這些光學技術(shù)可能具有挑戰(zhàn)性织盼，不能提供準確的結(jié)果杨何。藍寶石上硅(SOS)薄膜就是一個例子。對于原子薄的二維(2D)材料沥邻，原子力顯微鏡(AFM)是常用的厚度測量方法危虱，然而谋国，AFM是耗時的槽地，并且只能給出不同位置之間的相對厚度差異。光學對比也是表征多層二維材料(如石墨烯3芦瘾、4和過渡金屬二鹵化物(TMDs))層數(shù)的強大工具。然而近弟，光學對比方法僅限于極少數(shù)(<10?15)層缅糟。
拉曼光譜是一種基于光在材料振動模式下的非彈性散射的光學光譜技術(shù)，常用于表征薄膜和原子層材料拉曼光譜在物理化學中用于指紋材料祷愉，探測結(jié)構(gòu)和結(jié)晶度窗宦，非接觸式溫度測量，和熱能傳輸?shù)谋碚鞫约霸S多其他應用赴涵。雖然每種拉曼活性材料的拉曼特征都是唯一的，但拉曼信號的強度取決于采樣體積(激發(fā)光與材料相互作用的體積)和儀器參數(shù)髓窜，如激發(fā)激光頻率和強度、探測器效率和增益以及測量積分時間。如果這些實驗參數(shù)在測量之間保持一致寄纵，來自薄膜樣品的拉曼信號的強度可能被用作薄膜厚度的測量鳖敷。
在一定的薄膜厚度下，測量的拉曼強度增強并且已被證明是由于在薄膜界面上的多次反射的入射光以及拉曼散射光的干涉程拭。這種干涉增強拉曼散射(IERS)現(xiàn)象被用于最大化拉曼信號定踱，這些信號來自于沉積在襯底上的較厚層之上的非常薄的層。自從首次證明石墨烯在硅襯底上的拉曼增強恃鞋，一些研究人員使用拉曼強度比來估計石墨烯的厚度，MoS2,或六方氮化硼沉積在SiO2/Si上山宾。這些厚度或?qū)訑?shù)的估計使用了樣品與襯底拉曼強度的比值至扰，或襯底拉曼強度與樣品與裸襯底的比值鳍徽，并基于多波分析或傳輸矩陣方法(TMM)來預測這些比值资锰。然而阶祭，在多層薄膜中绷杜，襯底不是拉曼活性的，或者在結(jié)構(gòu)中只有一種拉曼活性材料濒募，強度比將不能用于厚度估計鞭盟。
圖1.532 nm激發(fā)激光和100 X物鏡獲得的藍寶石上硅薄膜的拉曼光譜
拉曼測量是在配備532 nm和785 nm激發(fā)激光器的后向散射拉曼光譜儀中進行的。532 nm激光直接耦合到顯微鏡光學器件瑰剃，而785 nm激光是光纖耦合的齿诉。自由空間光學將激光引導到光學顯微鏡(Olympus BX-53)上，光學顯微鏡配備了10× (NA = 0.30)晌姚、50× (NA = 0.50)和100×物鏡(NA = 0.80)粤剧。通常情況下，使用100×物鏡挥唠，在532 nm激光的樣品上產(chǎn)生直徑小于1 μm的激光光斑宝磨。兩個中性密度濾光片允許激光強度分別降低10倍或100倍弧关。光譜儀(Horiba iHR 320)采用1800g /mm衍射光柵和tec冷卻ccd探測器(Horiba Syncerity)。測量參數(shù)包括激光強度唤锉、入口狹縫寬度和積分時間在同一樣本集的單個測量之間保持不變世囊。測量光譜中的個別拉曼峰適合于洛倫茲輪廓窿祥，以獲得信號強度的值株憾。三維(3D)微臺用于在x和y方向上定位樣品，并在z方向上調(diào)整樣品壁肋，使激光聚焦到樣品表面上号胚。通過顯微鏡觀察激光光斑籽慢，激光聚焦到樣品上。圖1便是上述設(shè)備使用情況下測得的不同薄膜厚度的拉曼光譜變化趨勢猫胁。
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