二硫化鉬（MoS2）的層數識別技術

二硫化鉬（MoS2）的層數識別技術

后石墨烯材料

石墨烯是碳原子的二維晶體，具有錐形能帶結構、高載流子遷移率、高透明度等特點[1, 2]。石墨烯研究帶來的一個發現是，通過控制層狀材料（單層）中的層數，可以獲得全新的物理特性。這一想法不僅應用于石墨烯，還應用于過渡金屬二硫化物（例如 MoS2和WS2 ），并受到了相當大的關注 [3] 。

二硫化鉬（MoS 2）是一種過渡金屬二硫化物，其中二維晶體層通過范德華力弱鍵合。塊狀 MoS2具有間接能帶結構，而單層二維晶體 MoS2具有直接能帶結構 [4]。由于 MoS 2 的帶隙和高載流子遷移率 [5]，從晶體管等半導體器件應用的角度來看， MoS 2也引起了人們的關注。確定層數對于研究取決于層數和半導體器件應用的物理特性差異很重要。與 AFM 和光學顯微鏡一起，拉曼光譜是確定層數的主要測量技術 [4]。 

下圖是通過膠帶剝離在硅基板上制造的 MoS2 薄膜的拉曼圖像。拉曼成像可用于可視化樣本中的層數，其中層數因地而異。在 12,000 個點測量拉曼光譜，并評估每個點的層數以創建拉曼圖像。紅色表示具有兩層的 MoS2 ，綠色表示具有三層或更多層的 MoS2。可以從拉曼峰位置識別兩層或更多層，如下所示。

從拉曼光譜的峰值位置確定層數

右圖是選定區域的平均拉曼光譜。層數由該拉曼光譜的385 cm -1和408 cm -1附近的峰位置確定。在MoS 2中，隨著層數的增加，385 cm -1峰向低波數移動，408 cm -1峰向高波數移動。峰值位置明顯地從單層變為四層，但是很難與五層或更多層的塊體區分開來。該樣品區分了 2 層和 4 層，但即使是單層 MoS 2也可以清楚地區分。這種亞微米及以下的拉曼峰位移分析是只有使用具有高空間分辨率和高峰值位置精度的 RAMANtouch/RAMANforce 才能進行的測量。

如下圖所示，通過對峰值位置進行成像，可以確認每個位置的層數變化。此外，在光學顯微鏡圖像中，5層以上的部分看起來有點白，但4層以下的部分無法區分。

隨著層數的增加拉曼光譜的變化

■ E 1 2g模式（峰值在385 cm -1

）范德華力隨層數的增加幾乎沒有影響，并且由于層間的層合和庫侖力在長距離（（長-范圍更大的庫侖相互作用）被認為主導原子振動的變化 [6, 7]。 

■ 1g模式（峰值在408cm -1

）垂直于平面的原子振動。隨著層數的增加，范德華力增加，抑制平面間原子振動并將峰值位置移動到更高的波數 [6, 7]。