一种测量二维薄膜材料复折射率谱的方法
【专利摘要】一种测量二维薄膜材料复折射率谱的方法，包括：测量所述样品的反射光谱，包括覆盖有二维材料区域的反射光谱和没有覆盖二维材料区域的反射光谱，利用二位薄膜材料在衬底上的衬度公式，得到二维薄膜材料的衬度谱；改变透明介质厚度，得到不同透明介质厚度下的衬度谱；在固定照明波长下通过多层薄膜反射光强的理论公式拟合衬度与透明介质厚度的关系获得二维薄膜材料的复折射率参数；改变照明波长，最终获得二维薄膜材料的复折射率谱。该方法具有空间分辨率高、测量范围宽、重复性好、成本低等优点。避免了传统椭偏仪和filmetrics测量方法不适用于新型小尺度二维材料的缺点，在以二维薄膜材料为功能单元的新型器件设计与制备方面有广泛的应用前景。
【专利说明】一种测量二维薄膜材料复折射率谱的方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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：单层硫化钥（M 〇S2)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MoS 2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钥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M 〇S2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】
[0003] 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。
[0004] 其中所用的二维薄膜材料尺度只要大于2 μ mX2 μ m即可。
[0005] 本发明提供的技术方案如下：
[0006] -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：
[0007] 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；
[0008] 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；
[0009] 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：
[0010]
【权利要求】
1. 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之下，采用白光光源反射照明方式，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：
(1) 式中，Μλ)和L(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，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。
2. 如权利要求1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。
3. 如权利要求1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。
4. 如权利要求1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。
5. 如权利要求1所述的测量二维薄膜材料复折射率谱的方法，其特征是，改变衬底透 明介质的厚度来获得多种不同厚度衬底所对应的衬度谱数据，利用多层薄膜反射光强的理 论公式对该数据进行拟合，得到最终的复折射率谱，公式如下：
(：) 年=%_氏是相应材料的复折射率，实数部分h为折射率；虚数部分的&决定于光波 在吸收性介质中传播时的衰减，叫做吸收系数是相应材料的厚度，λ是入射光波长。
6. 如权利要求1所述的测量二维薄膜材料复折射率谱的方法，其特征是，所用的二维 薄膜材料通过微机械剥离或CVD方法制备在Si0 2/Si衬底上。
【文档编号】G01N21/25GK104111235SQ201410331238
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年7月11日 优先权日:2014年7月11日
【发明者】马耀光, 张晖, 万逸, 戴伦 申请人:北京大学