[发明专利]一种利用拉曼光谱测量石墨烯载流子浓度的方法

说明书

本发明公开一种利用拉曼光谱测量石墨烯载流子浓度的方法，其包括步骤：测量石墨烯样品的拉曼光谱；通过所述拉曼光谱的半高宽获得石墨烯样品的声子线宽；通过理论模型建立的声子线宽和载流子浓度的对应关系，基于所述声子线宽以及所述对应关系标定石墨烯样品的载流子浓度。本发明不需要接触样品测量，因而不会引入额外的影响因素；本发明只需要通过测量石墨烯样品的拉曼光谱就可以精确标定样品的载流子浓度，因此非常适合测量石墨烯等一些具有狄拉克锥的二维材料的载流子浓度，本发明仅需要测量石墨烯的拉曼谱就能获得样品的载流子浓度，具有简单、高效、易操作、测量准确的特点。

技术领域

本发明涉及石墨烯载流子浓度测量技术领域，特别涉及一种利用拉曼光谱测量石墨烯载流子浓度的方法。

背景技术

石墨烯是一种二维材料，其具有比表面积高、机械性能好、迁移率高、导电性能好等性质。这些优异的性质使得石墨烯材料在包括热管理、场效应晶体管、光电探测器、光伏模块、储能装置和催化等领域有着广泛的应用前景。

特别是石墨烯拥有超高的电子迁移率，因此在纳米电子器件领域极具应用前景。载流子(电子或空穴)浓度是决定材料迁移率的核心要素，而载流子浓度和材料的费米能级密切相关。相较于传统的半导体材料，以石墨烯为代表的二维材料的载流子浓度和费米能级具有更大的调控范围。目前实验上可通过化学掺杂、外加电场以及外加磁场等技术手段对石墨烯载流子浓度加以调控。为了实现对石墨烯迁移率的精确调控，发展简易、可靠、有效的测量方法来测量石墨烯的载流子浓度就显得尤为重要。现阶段测量载流浓度的方法主要有：1、霍尔系数法，主要适用于样品尺寸较大的半导体载流子浓度的测量，对于纳米尺寸大小的电子器件不再适用；2、电化学C-V方法，这种方法从被测量样品表面开始，逐层进行表面腐蚀从而获得表面深度方向的载流子浓度分布，其主要适用于三维块体半导体材料的测量，对于薄膜或二维材料不再适用；3、微分电导法，这种方法需要采用阳极氧化或化学腐蚀法剥层，每剥一层用范德堡法则测量样品表面的载流子浓度，该方法对实验样品具有破坏性，且操作难度大，不易控制剥层厚度。此外，还可采用渡越时间法、表面波传输法、离子注入法、外加电场极性反转法、以及古斯-汉欣位移测量法等技术手段测量材料的载流子浓度。

然而，上述这些测量方法均存在一定的局限性和不同程度的测量误差，尤其是一些电学测量方法在测量过程中会接触石墨烯样品，因此会不可避免地引入额外的影响因素。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种利用拉曼光谱测量石墨烯载流子浓度的方法，旨在解决测量石墨烯载流子浓度的方法存在局限性以及测量误差的问题。

本发明的技术方案如下：

一种利用拉曼光谱测量石墨烯载流子浓度的方法，其中，包括步骤：

测量石墨烯样品的拉曼光谱；

通过所述拉曼光谱的半高宽获得石墨烯样品的声子线宽；

通过理论模型建立的声子线宽和载流子浓度的对应关系，基于所述声子线宽以及所述对应关系标定石墨烯样品的载流子浓度。

所述利用拉曼光谱测量石墨烯载流子浓度的方法，其中，通过理论模型建立的声子线宽和载流子浓度的对应关系的步骤包括：

建立石墨烯的光学声子模的电声散射强度和载流子浓度的关系；

通过第一性原理计算方法计算光学声子模的三声子散射率(γ^3-ph)和四声子散射率(γ^4-ph)对声子线宽的贡献；

将所述电声散射强度和声子-声子散射作用对声子线宽的贡献相加，得到光学声子模的声子线宽，从而建立所述声子线宽和载流子浓度的对应关系。