缺陷单层和双层石墨烯的拉曼光谱及其激发光能量色散关系 - 物理学报.pdf

物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 62, No. 13 (2013) 137801 缺陷单层和双层石墨烯的拉曼光谱及其 激发光能量色散关系* 1 1 1 1 1 1† 2 2 厉巧巧 韩文鹏 赵伟杰 鲁妍 张昕 谭平恒 冯志红 李佳 1) ( 中国科学院半导体研究所, 半导体超晶格国家重点实验室, 北京 100083 ) 2) ( 河北半导体研究所, 专用集成电路重点实验室, 石家庄 050051 ) ( 2013 年2 月28 日收到; 2013 年3 月18 日收到修改稿) 拉曼光谱作为一种无破坏性、快速且敏锐的测试技术已经成为表征石墨烯样品和研究其缺陷的最重要的实验 手段之一. 本论文用离子注入在单层和双层石墨烯中产生缺陷, 并利用拉曼光谱研究了存在缺陷时单层和双层石墨 烯的一阶和二阶拉曼模, 单层石墨烯的D 模为双峰结构, 而双层石墨烯的D 模具有四峰结构. 同时, 利用四条激光线 系统地研究了本征和缺陷单层和双层石墨烯的拉曼峰频率的激发光能量依赖关系, 并基于石墨材料的双共振拉曼 散射机理指认了离子注入后样品各拉曼峰的物理根源. 关键词: 石墨烯, 缺陷, 拉曼光谱, 能量色散关系 PACS: 78.30.−j, 68.55.Ln, 68.65.Pq, 73.22.Pr DOI: 10.7498/aps.62.137801 了重要进展. 材料中的缺陷对其电学性能和器件性 1 引言 能有很大的影响, 缺陷的多少甚至决定了器件的表 现能力. 拉曼光谱在表征石墨烯等材料14−18 的缺 石墨烯是由单层碳原子以sp2 键构成的类蜂 陷方面具有独特的优势. 借助缺陷诱导的拉曼模 窝状的六方点阵二维晶体, 它是组成某些碳同素异 式, 拉曼光谱甚至可以用来探测石墨烯的电子能带 1 结构101920 . 形体的基本结构单元 . 自从2004 年发现石墨烯 以来, 人们在石墨烯的物理性质研究方面取得了 本征石墨烯具有两个显著地拉曼模: G 模和 巨大进展. 例如, 石墨烯所具有的线型电子能带结 2D 模. G 模来自于布里渊区中心( 点) E2g 声子, 12 3 与平面内碳碳键伸缩性质有关, 任何层数石墨烯拉 构 使其具有独特的电子传输性质 . 所以即使 在室温下, 仍然可以观测到载流子的弹道输运和特 曼光谱的G 模峰位都位于1580 cm−1 左右821 . 2D 14 模是来自布里渊区边界声子模-D 模的倍频模, 而 殊的量子霍尔效应 . 同时, 用石墨烯也成功制 56 且2D 模的峰形被广泛用于鉴别石墨烯层数 913 . 备了各种电路器件 . 石墨烯的很多物理性质同 78 D 模来自于布里渊区K 点附近的TO 声子 1619 , 样也可以拓展到多层石墨烯材料 . 然而, 石墨 烯物理性质研究和器件应用的快速发展对材料的 它在本征石墨烯中不能被观察到主要是因为在完 制备和表征提出了新的要求. 自从石墨烯发现以 美晶体中一阶拉曼声子的散射过程