[发明专利]一种测量二维薄膜材料复折射率谱的方法

说明书

技术领域

本发明提供了一种直接测量二维薄膜材料折射率谱的方法，该方法可以应用于小尺度材料。涉及新型二维薄膜材料物理及相关器件研究领域。

背景技术

二维薄膜材料通常指单层或者少层(通常少于10层原子层)原子构成的薄膜材料，例如：单层硫化钼(MoS₂)等。由于其新奇的物理性质，二维薄膜材料已经成为物理、化学、生物以及材料科学领域的一个研究热点。折射率是描述电磁波在介质中如何传播的一个重要的物理参量。与MoS₂体材料不同，单层MoS₂是直接禁带半导体。这种晶体结构和能带结构的变化使得单层硫化钼的折射率与其体材料有很大不同。迄今为止，采用微机械剥离法或化学气相沉积(CVD)法制备的单层MoS₂尺寸小(通常在几-几十微米量级)，不能用传统的方法(例如：椭偏仪，或Filmetrics等)对其折射率进行测量。

发明内容

本发明的目的是提供一种测量二维薄膜材料复折射率谱的方法，该方法可以应用于小尺度材料。

其中所用的二维薄膜材料尺度只要大于2μm×2μm即可。

本发明提供的技术方案如下：

一种测量二维薄膜材料复折射率谱的方法，其特征是，包括如下步骤：

1)在衬底上生长二维薄膜材料或者转移二维薄膜材料到衬底上，保证样品干净；

2)将带有二维薄膜材料的衬底置于光学显微镜(如图1)之下，采用白光光源(如卤素灯)反射照明方式，结合光纤耦合输出对目标区域进行光谱测量，分别获得样品上有二维薄膜材料和没有二维薄膜材料处的反射光谱；

3)利用二位薄膜材料在衬底上的衬度公式对获得的反射光谱进行处理，得到二维薄膜材料衬度谱，衬度公式如下：

C(λ)=I0(λ)-I1(λ)I0(λ)+I1(λ)---(1)]]>

式中，I₁(λ)和I₀(λ)分别表示有二维薄膜材料处和没有二维薄膜材料处的反射光强度；

4)用具有不同透明介质厚度的衬底重复步骤1)至3)多次(重复的次数越多则测量结果精度越高)，得到不同入射波长下衬度与透明介质厚度的关系曲线；

5)在固定入射波长下，采用多层薄膜干涉的理论模型对所述的样品结构(例如：空气/单层MoS₂/SiO₂/Si)进行计算，得到以二维薄膜材料折射率实部、虚部和透明介质层厚度为自变量的衬度的表达式；

6)用该表达式对测得的衬度与介质厚度的关系曲线进行拟合，得到该波长下二维薄膜材料的复折射率；改变入射波长，得到整个测量波段下该二维薄膜材料的复折射率谱。

优选的：

所述的测量二维薄膜材料复折射率谱的方法，其特征是，所用衬底为具有透明介质、非透明介质双层结构的固态衬底。

所述的测量二维薄膜材料复折射率谱的方法，其特征是，步骤2)中，通过光纤直径来控制所测区域的大小可以。

所述的测量二维薄膜材料复折射率谱的方法，其特征是，步骤4)中，重复执行步骤1)至3)至少20次。