石墨烯/二維材料電學(xué)性質(zhì)非接觸快速測量系統(tǒng)
西班牙Das Nano公司成立于2012年，是一家提供高安全級別打印設(shè)備，太赫茲無損檢測設(shè)備以及個人身份安全驗(yàn)證設(shè)備的高科技公司。ONYX是其在各地范圍內(nèi)推出的一款針對石墨烯、半導(dǎo)體薄膜和其他二維材料大面積太赫茲無損表征的測量設(shè)備。ONYX采用*的脈沖太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了從科研及到工業(yè)級的大面積石墨烯及二維材料的無損和高分辨，快速的電學(xué)性質(zhì)測量，為石墨烯和二維材料科研和產(chǎn)業(yè)化研究提供了強(qiáng)大的支持。
與傳統(tǒng)四探針測量法相比，ONYX無損測量樣品質(zhì)量空間分布
與拉曼，AFM，SEM相比，ONYX能夠快速表征超大面積樣品
背景介紹
太赫茲輻射( T射線)通常指的是頻率在0. 1～10THz、波長在30 μm-3 mm之間的電磁波，其波段在微波和紅外之間，屬于遠(yuǎn)紅外和亞毫米波范疇。該頻段是宏觀經(jīng)典理論向微觀量子理論的過度區(qū)，也是電子學(xué)向光子學(xué)的過渡區(qū)。在20世紀(jì)80年代中期以前,由于缺乏有效的產(chǎn)生方法和探測手段,科學(xué)家對于該波段電磁輻射性質(zhì)的了解和研究非常有限,在相當(dāng)長的一段時(shí)期,很少有人問津。電磁波譜中的這一波段(如下圖) ,以至于形成遠(yuǎn)紅外和亞毫米波空白區(qū),也就是太赫茲空白區(qū)（THz gap）。
太赫茲波段顯著的特點(diǎn)是能夠穿透大多數(shù)介電材料（如塑料、陶瓷、藥品、絕緣體、紡織品或木材），這為無損檢測（NDT）開辟了一個可能的新世界。同時(shí)，許多材料在太赫茲頻率上呈現(xiàn)出可識別的頻率指紋特性，使得太赫茲波段能夠?qū)崿F(xiàn)對許多材料的定性和定量研究。太赫茲波的這兩個特性結(jié)合在一起，使其成為一種全新的材料研究手段。而且其光子能量低，不會引起電離，可以做到真正的無損檢測。
ONYX工作原理
ONYX是實(shí)現(xiàn)石墨烯、半導(dǎo)體薄膜和其他二維材料全面積無損表征的測量系統(tǒng)，能夠滿足測試面積從科研級（mm2）到晶元級（cm2）以及工業(yè)級（m2）的不同要求。與其他大面積樣品的測量方法（如四探針法）相比，ONYX能夠直觀得到樣品導(dǎo)電性能的空間分布。與拉曼、掃描電鏡和透射電鏡等微觀方法相比，微米級的空間分辨率能夠?qū)崿F(xiàn)對大面積樣品的快速表征。
ONYX采用*的脈沖太赫茲時(shí)域光譜THz-TDS技術(shù)，產(chǎn)生皮秒量級的短脈太赫茲沖輻射。穿透性*的太赫茲輻射穿透進(jìn)樣品達(dá)到各個界面，均會產(chǎn)生一個小反射波可以被探測器捕獲，獲得太赫茲脈沖的電場強(qiáng)度的時(shí)域波形。對太赫茲時(shí)域波形進(jìn)行傅里葉變換,就可以得到太赫茲脈沖的頻譜。分別測量通過試樣前后(或直接從試樣激發(fā)的)太赫茲脈沖波形,并對其頻譜進(jìn)行分析和處理,就可獲得被測樣品介電常數(shù)，吸收吸收以及載流子濃度等物理信息。再利用步進(jìn)電機(jī)完成其掃描成像，得到其二維的電學(xué)測量結(jié)果。
ONYX主要參數(shù)及特點(diǎn)
樣品大小: 10x10mm-200x200mm 全面的電導(dǎo)率和電阻率分析 樣品100%全覆蓋測量 分辨率：50μm *非接觸無損 無需樣品制備 | 載流子遷移率, 散射時(shí)間, 濃度分析 可定制樣品測量面積(m2量級) 超快測量速度： 12cm2/min 軟件功能豐富，界面友好 全自動操作 |
圖1 太赫茲光譜范圍及信噪比
ONYX主要功能
→ 直流電導(dǎo)率（σDC） → 載流子遷移率, μdrift → 直流電阻率, RDC | → 載流子濃度, Ns → 載流子散射時(shí)間，τsc → 表面均勻性 |
ONYX應(yīng)用方向
石墨烯材料： → 單層/多層石墨烯 → 石墨烯溶液 → 摻雜石墨烯 → 石墨烯粉末 → 氧化石墨烯 → SiC外延石墨烯 | 其他二維材料： → PEDOT → Carbon Nanotubes → ITO → NbC → IZO → ALD-ZnO |
石墨烯 |
光伏薄膜材料 |
半導(dǎo)體薄膜 |
電子器件 |
PEDOT |
鎢納米線 |
GaN顆粒 |
Ag 納米線 |
測試數(shù)據(jù)
1. 10x10mm CVD制備的石墨烯在不同分辨率下的電導(dǎo)率結(jié)果
2.10 x10mm CVD制備的石墨烯不同電學(xué)參數(shù)測量結(jié)果
3.利用ONYX測量ALD沉積在硅基底上的TiN電導(dǎo)率測量結(jié)果
發(fā)表文章
1. P Bogild et al. Mapping the electrical properties of large-area graphene. 2D Mater. 4 (2017) 042003.
2. S Fernández et al. Advanced Graphene-Based Transparent Conductive Electrodes for Photovoltaic Applications. Micromachines 2019, 10, 402.
3. David M. A. Mackenzie et al. Quality assessment of terahertz time-domain spectroscopy transmission and reflection modes for graphene conductivity mapping. OPTICS EXPRESS 9220, Vol. 26, No. 7, 2 Apr 2018.
4. A Cultrera et al. Mapping the conductivity of graphene with Electrical Resistance Tomography. Scientific Reports , (2019) 9:10655
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