方案摘要
方案下载| 应用领域 | 材料 |
| 检测样本 | 石墨烯 |
| 检测项目 | |
| 参考标准 | 原子力显微镜， 非接触模式 |
介绍 石墨烯因其独特的带隙结构可用于高迁移率半导体器件，吸引了研究人员广泛的注意。 然而，由于缺乏合适的衬底，实现这种基于石墨烯的高性能器件一直具有挑战性。最近有研究人员发现可以通过在六方氮化硼（hBN）上外延生长石墨烯的方法来解决这个问题[1,2]。hBN具有和石墨烯高度相似的六方晶格结构，是一种合适的石墨烯衬底。莫尔图案是由于石墨烯与hBN晶格之间存在2%左右的失配而产生的超晶格，其具有周期性，晶格常扫描探针显微镜（SPM）是表征莫尔图案的关键技术。与任何其他显微技术相比，SPM可以提供最高的Z轴分辨率[4]。这是用于验证通过外延生长技术制备的石墨烯/hBN器件成功与否的基本要素。然而，SPM一直面临着如下两个问题的挑战：复杂参数优化让入门的研究者（甚至是专家）都有一个陡峭的学习曲线以及高分辨率成像所使用的专用针尖的高成本。此外，SPM的摩擦模式会导致针尖与样品之间存在机械接触，使得在表征石墨烯/ hBN器件时对样品表面产生破坏。几乎所有关于莫尔图案表征的研究都使用破坏性SPM模式[1,2,3]。 数比这两种材料的晶格常数大两个数量级[3]。 非接触模式原子力显微镜（AFM）是一种自80年代末开始使用的非破坏性的SPM技术[5]。为实现非接触模式成像，针尖与样品之间的距离必须严格精确控制。这是一个挑战，也是这项技术最初的局限性之一。但通过研发，该技术在过去十年已经达到成熟，现在Park 系统公司可以提供标准的AFM成像模式。
本次采用标准的非接触模式AFM硅探针来探测石墨烯/hBN样品，这个探针标称尖端半径为7nm，力常量为42N/m。通过软件分析，选取针尖共振频率为316 KHz。根据之前所述，先通过自动化软件检测到样品表面，然后通过光学显微镜和自动成像找到需要探测的区域进行探测。用500nm、250nm和125nm方形尺寸进行区域扫描形成图像。扫描可先选择大尺寸低放大倍数的，然后再选择小尺寸高放大率的。如图2.a为石墨烯/hBN样品在非接触模式下的AFM图像，从图中可以清楚的辨别出外延生长石墨烯的超晶格结构呈现六角图案。通过对AFM图像进行快速的傅里叶变化（FFT）可以进一步确认其六角图案，如图2.a的插图所示。在500nm图像中可以观察到第二层的附加晶粒，通过选择500nm图像的线轮廓可用于表征第二层晶粒的高度，如图2.b所示，测量发现第二层晶粒的高度为3.8Å左右。此外，在第二层晶粒上也可以同样看到莫尔图案。
文献贡献者
利用原子力显微镜对二维异质结构上莫列波纹的研究
利用导电探针原子力显微镜（CP-AFM）测量碳纳米管薄膜导电性
利用AFM PINPOINT 纳米机械模式定量材料的弹性模量 比力体积谱快两个数量级
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