科学新知：2021 Adv. Sci. 综观二维材料的光学检测，促进下一代材料器件的发展
Advanced Science (IF 16.808) 在2021年10月刊登了台大Hsuen-Li Chen等人的研究。光学检测是一种快速且无损的表征二维(2D)材料特性的方法。借助光学检测具备可实时且大量监测的优势，产业实施大规模检测2D材料特性的目标已非遥不可及，进一步加速2D材料的量产与相关生产设备的发展，均已取得长足的进步。此篇研究回顾了几个重要的2D材料的结构特性，包括石墨烯、过渡金属二硫属化物 (TMDC，如：MoS2)、六方氮化硼 (h-BN)、III族单硫族化物、黑磷 (BP)和IV族单硫属化物，并讨论如何将它们使用合适的光学检测技术进行准确探测。
文中作者总结了这些光学检测技术的主要特征 (见表1)。根据它们的基本功能，可以分为四类。
第一，光谱学 (optical spectroscopy, OS)、光谱椭偏仪 (spectroscopic ellipsometry, SE)、FTIR光谱学和X射线光谱 (X-ray spectroscopy, XRS) 包括X射线散射/衍射/反射率是可被用于从各种2D材料获得宽带或全向光谱的技术。
第二，拉曼 (Raman) 和PL光谱是强大的技术，可提供有关2D材料精细结构特征的丰富信息。
第三，s-SNOM、nano-FTIR和AFM-IR光谱方法是基于AFM的技术，因此它们可以实现空间分辨率。
第四，单光子发射 (single-photon emission)、TRPL和泵浦探针光谱 (pump-probe spectroscopy, PPS) 为表征2D材料提供了与时间相关的光学特征；可以获得有关载流子动力学的信息，包括载流子-光子、载流子和载流子-声子相互作用。
表1中的”勾号(✓)”，表示此类结构特性或特性可以被检查并易于量化；”三角标记(Δ)”是指这些特性会影响从光学检测技术中获得的信号，但它们的量化是不可能的或仍需要进一步研究；”空白单元”则表示之前没有报导过关于使用光学检测技术来检测2D材料中的此类特性的研究。
表1：用于探测二维材料的光学检测技术的特点。
此外，作者描述了将光学检测应用于最近开发的2D材料时，从机械剥离到晶圆级生长的2D材料，所面临的挑战和机会。最重要的是，作者总结了可用于大量和精确地增强来自2D材料的光信号的技术。希望藉全面的回顾，可在开发新型2D材料设备方面取得更大进展。
广泛研究的2D材料的示意图。
2D材料的掺杂相关光学特性。(g)当p型掺杂的MoS2的PL光谱越来越受激子发射 (X0) 的支配，它具有更高的辐射量子效率和更高的发射能量，并且随着p型掺杂浓度的增加，trion发射的光谱权重 (IX- /Ittotal)降低。
本文关键词：2D材料、2D Material、光学检测、optical inspection、量子效率、quantum efficiency
