二硫化钼（MoS2）的层数识别技术

二硫化钼（MoS2）的层数识别技术

后石墨烯材料

石墨烯是碳原子的二维晶体，具有锥形能带结构、高载流子迁移率、高透明度等特点[1, 2]。石墨烯研究带来的一个发现是，通过控制层状材料（单层）中的层数，可以获得全新的物理特性。这一想法不仅应用于石墨烯，还应用于过渡金属二硫化物（例如 MoS2和WS2 ），并受到了相当大的关注 [3] 。

二硫化钼（MoS 2）是一种过渡金属二硫化物，其中二维晶体层通过范德华力弱键合。块状 MoS2具有间接能带结构，而单层二维晶体 MoS2具有直接能带结构 [4]。由于 MoS 2 的带隙和高载流子迁移率 [5]，从晶体管等半导体器件应用的角度来看， MoS 2也引起了人们的关注。确定层数对于研究取决于层数和半导体器件应用的物理特性差异很重要。与 AFM 和光学显微镜一起，拉曼光谱是确定层数的主要测量技术 [4]。 

下图是通过胶带剥离在硅基板上制造的 MoS2 薄膜的拉曼图像。拉曼成像可用于可视化样本中的层数，其中层数因地而异。在 12,000 个点测量拉曼光谱，并评估每个点的层数以创建拉曼图像。红色表示具有两层的 MoS2 ，绿色表示具有三层或更多层的 MoS2。可以从拉曼峰位置识别两层或更多层，如下所示。

从拉曼光谱的峰值位置确定层数

右图是选定区域的平均拉曼光谱。层数由该拉曼光谱的385 cm -1和408 cm -1附近的峰位置确定。在MoS 2中，随着层数的增加，385 cm -1峰向低波数移动，408 cm -1峰向高波数移动。峰值位置明显地从单层变为四层，但是很难与五层或更多层的块体区分开来。该样品区分了 2 层和 4 层，但即使是单层 MoS 2也可以清楚地区分。这种亚微米及以下的拉曼峰位移分析是只有使用具有高空间分辨率和高峰值位置精度的 RAMANtouch/RAMANforce 才能进行的测量。

如下图所示，通过对峰值位置进行成像，可以确认每个位置的层数变化。此外，在光学显微镜图像中，5层以上的部分看起来有点白，但4层以下的部分无法区分。

随着层数的增加拉曼光谱的变化

■ E 1 2g模式（峰值在385 cm -1

）范德华力随层数的增加几乎没有影响，并且由于层间的层合和库仑力在长距离（（长-范围更大的库仑相互作用）被认为主导原子振动的变化 [6, 7]。 

■ 1g模式（峰值在408cm -1

）垂直于平面的原子振动。随着层数的增加，范德华力增加，抑制平面间原子振动并将峰值位置移动到更高的波数 [6, 7]。