一种基于太赫兹光谱技术测量石墨烯薄膜电导的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于太赫兹光谱检测技术应用领域，设及一种基于太赫兹光谱技术测量石 墨締薄膜电导的方法。
【背景技术】
[0002] 石墨締是由碳原子Wsp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维薄膜材料，具有 高机械强度，高透光性，高导热性，高导电性。在单原子层石墨締结构中，每个碳原子都是 sp2杂化，都能贡献一个未成键的P轨道电子，形成了离域的大JT键。运些电子能够在近乎完 美的石墨締平面上自由移动，因此赋予了使石墨締很好的导电性能，其理论电导率为IO 6S/ m，是目前所发现的导电性最优异的材料。石墨締的高电导是石墨締材料在电子领域应用的 最关键因素之一。然而，实验上由于制备的石墨締存在缺陷，其实际电导要比理论值低得 多，而且，由于制备方法的差异，导致石墨締薄膜的电导存在很大差异。因此，精确测定石墨 締电导具有很强实际应用价值。目前较常用的测量石墨締电导的方法主要为四探针电阻测 量方法，存在操作繁琐、速率较低、并可能对材料带来接触损伤，因此建立一种非接触式、快 速准确的检测方法是目前迫切需要的。
[0003] 太赫兹光谱是一种频率在0.1~10.0 THz，波长在30um~3mm应用领域广阔的探测 和成像技术，具有非接触、成像速率快、包含时域和相位信息、测量光路可调(透射、反射模 式)等特点。由于石墨締薄膜材料的声子振动能级落在THz波段范围，太赫兹光谱可用于石 墨締薄膜材料载流子迁移率、电导的计算。太赫兹时域光谱技术测量石墨締薄膜电导的技 术原理是基于菲涅尔公式和Tinkham薄膜透射方程，推导得到石墨締薄膜电导可W表达为 太赫兹波分别传输通过转移有石墨締薄膜的基底材料和无石墨締薄膜的基底材料的透射 信号的比值W及基底材料的介电常数的函数，而太赫兹波分别传输通过转移有石墨締的基 底材料和无石墨締的基底材料的透射信号可W通过太赫兹时域光谱测量和经过傅立叶变 换得到，从而可W计算出石墨締在太赫兹频段的电导。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于太赫兹光谱技术测量石墨締薄膜电导 的方法，该方法适合对转移到半导体或高分子基底上的石墨締进行检测，同时也适合推广 到其他半导体薄膜电导的检测。
[000引为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0006] -种基于太赫兹光谱技术测量石墨締薄膜电导的方法，包括W下步骤：
[0007] Sl:调节获得适应于测量薄膜的太赫兹时域光谱系统光路；
[0008] S2:测量获取基底材料的太赫兹时域波谱信号；
[0009] S3:测量获取转移石墨締薄膜后基底材料的太赫兹时域波谱信号；
[0010] S4:根据步骤S2和S3采集的信号，利用公式计算太赫兹波段石墨締电导；
[0011] S5:建立通过太赫兹光谱技术获得的电导与采用传统的四探针方法获得的电导之 间标准关系曲线，获得关联因子;根据关联因子，获得在可见光波段石墨締电导。
[0012] 进一步，在步骤Sl中，所述调节光路包含太赫兹测量系统光路的准直、焦点的确 定。
[0013] 进一步，所述步骤S2和S3在室溫环境下进行，空气作除湿处理或不作除湿处理均 可;所述步骤S2和S3中获取的太赫兹时域光谱信号包含多次回波脉冲信号。
[0014] 进一步，在步骤S2中，所述基底材料要求具有良好的太赫兹波透过率，包括但不限 于高阻娃。
[0015] 进一步，在步骤S3中，所述转移石墨締薄膜后基底材料包括石墨締薄膜层加上基 底材料层。
[0016] 进一步，步骤S4中的公式是基于菲涅尔公式和Tin化am薄膜透射方程推导得到的； 由太赫兹时域光谱上每个回波推导的薄膜层电导计算公式具有差异，根据第一回波推导公 式如下：
[001引其中114 = 1151+1，1151 = 3.42，1151示娃的折射率；2日=377 0，为娃的真空电阻抗；
表示薄膜的传递函数，Eouta,G( CO)和Eouta,si( CO)分别代表附有石墨 締基底和无石墨締基底部分的一次回波获得的时域波谱傅里叶变换后得到的太赫兹波能 量强度值；
[0019]由第二回波推导公式如下：
[00引]其中Ha二nsi+1, nB = Hs广 1, nsi 二 3.42, Zo 二 377 Q ,
和 Enut,2,Si( ? )分别代表附有石墨締基底和无石墨締基底部分的由二次回波获得的时域波谱 傅里叶变换后得到的太赫兹波能量强度值。
[0022] 进一步，步骤S5中关联因子为通过太赫兹光谱技术法和四探针法多次测量对比分 析所得，对同种材料形成的基底和薄膜，关联因子只需确定一次，一旦获得关联因子，本方 法只需包含Sl~S4四个步骤。
[0023] 本发明的有益效果在于:本发明利用太赫兹时域光谱系统获取石墨締薄膜及基底 的太赫兹时域光谱信息，利用公式通过计算获得其电导。特别的，根据公式计算完样品所有 采集区域的电导，根据电导分布图可W判定石墨締的质量好坏。本发明对实现石墨締薄膜 无损检测具体有较大意义。
【附图说明】
[0024] 为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行 说明：
[0025] 图1为太赫兹时域光谱测试系统示意图；
[0026] 图2为娃基底和转移有石墨締薄膜基底的太赫兹时域光谱；
[0027] 图3为实施例中计算的石墨締薄膜的电导。
【具体实施方式】
[0028] 本专利所声称的石墨締薄膜层是用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限 审IJ，基于太赫兹时域光谱的检测方法不仅仅局限于石墨締，也可W是其他半导体薄膜层，只 要求薄膜层的厚度远小于基底层厚度。
[0029] 本发明所述方法包括W下步骤:S1:调节获得适应于测量薄膜的太赫兹时域光谱 系统光路;S2 :测量获取基底材料的太赫兹时域波谱信号；S3 :测量获取转移石墨締薄膜后 基底的材料太赫兹时域波谱信号;S4:根据S2和S3采集的信号，利用公式计算太赫兹波段石 墨締电导；S5:建立通过太赫兹光谱技术获得的电导与采用传统的四探针方法获得的电导 之间标准关系曲线，获得关联因子;根据关联因子，获得在可见光波段石墨締电导。
[0030] 上述步骤Sl中的太赫兹传播方向与样品方向垂直，样品位于太赫兹波传播光路的 焦点上；上述步骤S2和S3中获得的时域光谱信号是在室溫非干燥空气条件下测量获得的； 时域光谱信号至少包含未在娃基