一種基于太赫茲光譜技術(shù)測量石墨烯薄膜電導(dǎo)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于太赫茲光譜檢測技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，設(shè)及一種基于太赫茲光譜技術(shù)測量石 墨締薄膜電導(dǎo)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 石墨締是由碳原子Wsp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的二維薄膜材料，具有 高機械強度，高透光性，高導(dǎo)熱性，高導(dǎo)電性。在單原子層石墨締結(jié)構(gòu)中，每個碳原子都是 sp2雜化，都能貢獻(xiàn)一個未成鍵的P軌道電子，形成了離域的大JT鍵。運些電子能夠在近乎完 美的石墨締平面上自由移動，因此賦予了使石墨締很好的導(dǎo)電性能，其理論電導(dǎo)率為IO 6S/ m，是目前所發(fā)現(xiàn)的導(dǎo)電性最優(yōu)異的材料。石墨締的高電導(dǎo)是石墨締材料在電子領(lǐng)域應(yīng)用的 最關(guān)鍵因素之一。然而，實驗上由于制備的石墨締存在缺陷，其實際電導(dǎo)要比理論值低得 多，而且，由于制備方法的差異，導(dǎo)致石墨締薄膜的電導(dǎo)存在很大差異。因此，精確測定石墨 締電導(dǎo)具有很強實際應(yīng)用價值。目前較常用的測量石墨締電導(dǎo)的方法主要為四探針電阻測 量方法，存在操作繁瑣、速率較低、并可能對材料帶來接觸損傷，因此建立一種非接觸式、快 速準(zhǔn)確的檢測方法是目前迫切需要的。
[0003] 太赫茲光譜是一種頻率在0.1~10.0 THz，波長在30um~3mm應(yīng)用領(lǐng)域廣闊的探測 和成像技術(shù)，具有非接觸、成像速率快、包含時域和相位信息、測量光路可調(diào)(透射、反射模 式)等特點。由于石墨締薄膜材料的聲子振動能級落在THz波段范圍，太赫茲光譜可用于石 墨締薄膜材料載流子遷移率、電導(dǎo)的計算。太赫茲時域光譜技術(shù)測量石墨締薄膜電導(dǎo)的技 術(shù)原理是基于菲涅爾公式和Tinkham薄膜透射方程，推導(dǎo)得到石墨締薄膜電導(dǎo)可W表達(dá)為 太赫茲波分別傳輸通過轉(zhuǎn)移有石墨締薄膜的基底材料和無石墨締薄膜的基底材料的透射 信號的比值W及基底材料的介電常數(shù)的函數(shù)，而太赫茲波分別傳輸通過轉(zhuǎn)移有石墨締的基 底材料和無石墨締的基底材料的透射信號可W通過太赫茲時域光譜測量和經(jīng)過傅立葉變 換得到，從而可W計算出石墨締在太赫茲頻段的電導(dǎo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于太赫茲光譜技術(shù)測量石墨締薄膜電導(dǎo) 的方法，該方法適合對轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體或高分子基底上的石墨締進(jìn)行檢測，同時也適合推廣 到其他半導(dǎo)體薄膜電導(dǎo)的檢測。
[000引為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0006] -種基于太赫茲光譜技術(shù)測量石墨締薄膜電導(dǎo)的方法，包括W下步驟：
[0007] Sl:調(diào)節(jié)獲得適應(yīng)于測量薄膜的太赫茲時域光譜系統(tǒng)光路；
[0008] S2:測量獲取基底材料的太赫茲時域波譜信號；
[0009] S3:測量獲取轉(zhuǎn)移石墨締薄膜后基底材料的太赫茲時域波譜信號；
[0010] S4:根據(jù)步驟S2和S3采集的信號，利用公式計算太赫茲波段石墨締電導(dǎo)；
[0011] S5:建立通過太赫茲光譜技術(shù)獲得的電導(dǎo)與采用傳統(tǒng)的四探針方法獲得的電導(dǎo)之 間標(biāo)準(zhǔn)關(guān)系曲線，獲得關(guān)聯(lián)因子;根據(jù)關(guān)聯(lián)因子，獲得在可見光波段石墨締電導(dǎo)。
[0012] 進(jìn)一步，在步驟Sl中，所述調(diào)節(jié)光路包含太赫茲測量系統(tǒng)光路的準(zhǔn)直、焦點的確 定。
[0013] 進(jìn)一步，所述步驟S2和S3在室溫環(huán)境下進(jìn)行，空氣作除濕處理或不作除濕處理均 可;所述步驟S2和S3中獲取的太赫茲時域光譜信號包含多次回波脈沖信號。
[0014] 進(jìn)一步，在步驟S2中，所述基底材料要求具有良好的太赫茲波透過率，包括但不限 于高阻娃。
[0015] 進(jìn)一步，在步驟S3中，所述轉(zhuǎn)移石墨締薄膜后基底材料包括石墨締薄膜層加上基 底材料層。
[0016] 進(jìn)一步，步驟S4中的公式是基于菲涅爾公式和Tin化am薄膜透射方程推導(dǎo)得到的； 由太赫茲時域光譜上每個回波推導(dǎo)的薄膜層電導(dǎo)計算公式具有差異，根據(jù)第一回波推導(dǎo)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，為娃的真空電阻抗；
表示薄膜的傳遞函數(shù)，Eouta,G( CO)和Eouta,si( CO)分別代表附有石墨 締基底和無石墨締基底部分的一次回波獲得的時域波譜傅里葉變換后得到的太赫茲波能 量強度值；
[0019]由第二回波推導(dǎo)公式如下：
[00引]其中Ha二nsi+1, nB = Hs廣 1, nsi 二 3.42, Zo 二 377 Q ,
和 Enut,2,Si( ? )分別代表附有石墨締基底和無石墨締基底部分的由二次回波獲得的時域波譜 傅里葉變換后得到的太赫茲波能量強度值。
[0022] 進(jìn)一步，步驟S5中關(guān)聯(lián)因子為通過太赫茲光譜技術(shù)法和四探針法多次測量對比分 析所得，對同種材料形成的基底和薄膜，關(guān)聯(lián)因子只需確定一次，一旦獲得關(guān)聯(lián)因子，本方 法只需包含Sl~S4四個步驟。
[0023] 本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明利用太赫茲時域光譜系統(tǒng)獲取石墨締薄膜及基底 的太赫茲時域光譜信息，利用公式通過計算獲得其電導(dǎo)。特別的，根據(jù)公式計算完樣品所有 采集區(qū)域的電導(dǎo)，根據(jù)電導(dǎo)分布圖可W判定石墨締的質(zhì)量好壞。本發(fā)明對實現(xiàn)石墨締薄膜 無損檢測具體有較大意義。
【附圖說明】
[0024] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行 說明：
[0025] 圖1為太赫茲時域光譜測試系統(tǒng)示意圖；
[0026] 圖2為娃基底和轉(zhuǎn)移有石墨締薄膜基底的太赫茲時域光譜；
[0027] 圖3為實施例中計算的石墨締薄膜的電導(dǎo)。
【具體實施方式】
[0028] 本專利所聲稱的石墨締薄膜層是用來解釋說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明進(jìn)行限 審IJ，基于太赫茲時域光譜的檢測方法不僅僅局限于石墨締，也可W是其他半導(dǎo)體薄膜層，只 要求薄膜層的厚度遠(yuǎn)小于基底層厚度。
[0029] 本發(fā)明所述方法包括W下步驟:S1:調(diào)節(jié)獲得適應(yīng)于測量薄膜的太赫茲時域光譜 系統(tǒng)光路;S2 :測量獲取基底材料的太赫茲時域波譜信號；S3 :測量獲取轉(zhuǎn)移石墨締薄膜后 基底的材料太赫茲時域波譜信號;S4:根據(jù)S2和S3采集的信號，利用公式計算太赫茲波段石 墨締電導(dǎo)；S5:建立通過太赫茲光譜技術(shù)獲得的電導(dǎo)與采用傳統(tǒng)的四探針方法獲得的電導(dǎo) 之間標(biāo)準(zhǔn)關(guān)系曲線，獲得關(guān)聯(lián)因子;根據(jù)關(guān)聯(lián)因子，獲得在可見光波段石墨締電導(dǎo)。
[0030] 上述步驟Sl中的太赫茲傳播方向與樣品方向垂直，樣品位于太赫茲波傳播光路的 焦點上；上述步驟S2和S3中獲得的時域光譜信號是在室溫非干燥空氣條件下測量獲得的； 時域光譜信號至少包含未在娃基