[發明專利]二維異質結材料界面缺陷檢測方法及裝置

有效

• 申請號: 202110379721.8
• 申請日: 2021-04-08
• 公開（公告）號: CN113125363B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 劉大猛;劉歡;雒建斌
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31;G01N21/65;G01N27/00
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 鄭朝然

本發明提供一種二維異質結材料界面缺陷檢測方法及裝置，該方法包括：利用飛秒瞬態吸收成像系統對石墨烯和TMDC材料構成的二維異質結進行探測，獲取探測光衰減曲線；根據探測光衰減曲線獲取電聲耦合壽命；根據電聲耦合壽命與等離子攻擊時間關系曲線獲取等離子攻擊時間；根據等離子攻擊時間獲取缺陷濃度。本發明提供的二維異質結材料界面缺陷檢測方法，通過利用飛秒瞬態吸收成像系統獲取異質結探測光衰減曲線，根據探測光衰減曲線獲取電聲耦合壽命，根據電聲耦合壽命與等離子攻擊時間關系曲線獲取等離子攻擊時間，根據等離子攻擊時間獲取缺陷濃度，實現利用飛秒瞬態吸收成像技術，基于“缺陷?電聲耦合”作用機理，檢測二維材料異質結界面缺陷。

技術領域

本發明涉及檢測技術領域，尤其涉及一種二維異質結材料界面缺陷檢測方法及裝置。

背景技術

基于二維半導體材料制備的光電器件，比表面積大，材料制備和器件加工過程中，往往伴隨著各種缺陷的產生，缺陷的出現決定了器件的性能。但針對二維材料界面缺陷的檢測，還缺少有力檢測手段。目前檢測二維材料表面缺陷的主要方法包括光譜法和顯微成像法。成像手段包括透射電子顯微(TEM)和掃描隧道顯微(STM)，通過對原子尺度的缺陷進行結構成像來觀測缺陷，但此方法存在一些問題，如樣品制備過程復雜和表征區域小等；光譜法主要包括拉曼(Raman)、光致發光(Photoluminescence，PL)光譜和X射線光電子能譜(XPS)，拉曼和光致發光光譜可以檢測二維材料的晶體結構、電子結構和晶格振動等信息，材料界面缺陷的產生可以對上述信息進行影響，從而實現對缺陷的檢測。對于可以光致發光的二維材料，如層狀TMD材料，拉曼光譜和光致發光光譜對缺陷的敏感度不是很高，尤其對于PL光譜，常常需要在低溫條件下測量。而XPS存在空間分辨率較差的問題。因此，針對二維材料界面缺陷的檢測，仍缺乏有效的檢測手段。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供一種二維異質結材料界面缺陷檢測方法及裝置。

本發明提供一種二維異質結材料界面缺陷檢測方法，包括：利用飛秒瞬態吸收成像系統對石墨烯和TMDC材料構成的二維異質結進行探測，獲取探測光衰減曲線；根據所述探測光衰減曲線獲取電聲耦合壽命；根據所述電聲耦合壽命和所述電聲耦合壽命與等離子攻擊時間的關系曲線獲取所述電聲耦合壽命對應的所述等離子攻擊時間；根據所述等離子攻擊時間獲取缺陷濃度。

根據本發明提供的一種二維異質結材料界面缺陷檢測方法，在所述利用飛秒瞬態吸收成像系統對石墨烯和TMDC材料構成的二維異質結進行探測，獲取探測光衰減曲線之前，所述方法還包括：利用飛秒瞬態吸收成像系統對石墨烯和TMDC材料構成的二維異質結進行探測，獲取在預設不同等離子攻擊時間下的所述探測光衰減曲線；分別根據所述在預設不同等離子攻擊時間下的所述探測光衰減曲線獲取所述預設不同等離子攻擊時間對應的所述電聲耦合壽命；根據所述預設不同等離子攻擊時間及對應的所述電聲耦合壽命獲取所述電聲耦合壽命與等離子攻擊時間的關系曲線。

根據本發明提供的一種二維異質結材料界面缺陷檢測方法，所述電聲耦合壽命的計算公式為：

其中，τ表示電聲耦合壽命；t表示時間變量；ΔT表示有無泵浦光兩種條件下，探測光通過所述二維異質結的透射光的強度的差值；T₀表示沒有泵浦光條件下，探測光通過所述二維異質結的透射光的強度；Δn表示有無泵浦光兩種條件下，所述二維異質結中激子濃度的差值，表示被激發的激子濃度；n_s表示激子飽和濃度；N_C表示電子有效態密度；E_C表示TMDC材料的導帶底；E_F表示石墨烯的費米能級；k_B表示玻爾茲曼常數；T_am表示室溫；T_e(t)表示TMDC材料中電子在t時刻時的溫度；T_e，0表示TMDC材料中電子被激發時的初始溫度。