CN115308191A - 一种快速判定紫磷块体晶格方向的方法及其应用 - Google Patents

一种快速判定紫磷块体晶格方向的方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种快速判定紫磷块体晶格方向的方法及其应用，包括以下步骤：S1在光学显微镜下观察紫磷块体，以紫磷块体垂直边为参考，确定紫磷块体垂直边的方向为紫磷块体单晶垂直链的方向，紫磷块体单晶垂直链的方向为<1,1,0>方向；S2对紫磷块体的两个侧面进行打磨抛光得到两个被打磨抛光侧面；S3分别测试两个被打磨抛光侧面的拉曼光谱，获得两组拉曼光谱；S4对两组拉曼光谱进行对比分析，通过典型Bg拉曼峰的强度对比，确定紫磷块体的晶格方向；其操作简单，不仅降低了操作难度和人工成本，提升了判定紫磷块体晶格方向的效率，而且能够快速判定紫磷块体晶格方向，对实现其各向异性电学和光学等应用具有重要意义。

Description

一种快速判定紫磷块体晶格方向的方法及其应用
技术领域
本发明涉及层状半导体材料技术领域，具体涉及一种快速判定紫磷块体晶格方向的方法及其应用。
背景技术
紫磷是一种新型层状半导体材料，紫磷块体和紫磷烯直到2020年才被首次制备成功。紫磷被证明是目前为止最稳定的磷同素异形体，推翻了黑磷最稳定的广泛认知，紫磷是一种有着独特层状结构的新型二维半导体材料，在光学、电学、力学等方面具有巨大的发展潜力。紫磷块体结构属于单斜晶系P 2/n(13)，晶胞参数为
Figure BDA0003799428970000011
Figure BDA0003799428970000012
β＝97.776°，具有低对称性，因此其在光学、电学性能等方面显示出各向异性。判定各向异性晶体的晶格方向是实现其各向异性应用的基础和前提条件。
目前判定层状二维材料的方法主要有透射电子显微镜，角分辨偏振拉曼光谱等。透射电子显微镜可能会对样品造成破坏且对设备和操作要求高，步骤繁琐；角分辨偏振拉曼光谱是一种常用的无损判定层状二维材料晶格方向的方法，也被用来判定紫磷晶格方向，结合二维紫磷特殊的边缘取向和样品旋转特定角度时平行偏振下的拉曼光谱，实现了无损快速判断二维紫磷晶格方向。然而，该方法需要在特殊的偏振光学配置下，需要额外的附件，对设备要求较高，操作过程比较复杂。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供的一种快速判定紫磷块体晶格方向的方法及其应用，其操作简单，不仅降低了操作难度和人工成本，提升了判定紫磷块体晶格方向的效率，而且能够快速判定紫磷块体晶格方向，对实现其各向异性电学和光学等应用具有重要意义。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
本发明提供一种快速判定紫磷块体晶格方向的方法，包括以下步骤：
S1在光学显微镜下观察紫磷块体，以紫磷块体垂直边为参考，确定紫磷块体垂直边的方向为紫磷块体单晶垂直链的方向，紫磷块体单晶垂直链的方向为<1,1,0>方向；
S2对紫磷块体的两个侧面进行打磨抛光得到两组被打磨抛光后的侧面；
S3分别测试两个被被打磨抛光后的侧面的拉曼光谱，获得两组拉曼光谱；
S4对两组拉曼光谱进行对比分析，通过典型Bg拉曼峰的强度对比，确定紫磷块体的晶格方向。
本发明提供的一种快速判定紫磷块体晶格方向的方法，其操作简单，不仅降低了操作难度和人工成本，提升了判定紫磷块体晶格方向的效率，而且能够快速判定紫磷块体晶格方向，对实现其各向异性电学和光学等应用具有重要意义。
作为优选技术方案，步骤S1中在光学显微镜下观察紫磷块体的最大面为a-b轴平面，a-b轴平面的垂直边沿着紫磷块体单晶垂直链<110>方向设置。
作为优选技术方案，所述紫磷块体的高度沿着层堆叠的方向设置，所述层堆叠的方向为紫磷块体的c轴方向。
作为优选技术方案，步骤S2对紫磷块体的两个侧面进行打磨抛光包括以下步骤：通过精密研磨抛光系统对紫磷块体的垂直边缘顺时针或逆时针45°方向进行打磨抛光。
作为优选技术方案，所述拉曼光谱的激光波长为633nm、532nm、785nm或其他激光波长。
作为优选技术方案，所述典型Bg拉曼峰位于～300cm-1处。
作为优选技术方案，步骤S2中的两组被打磨抛光后的侧面呈相对设置，这两组呈相对设置的被打磨抛光后的侧面第一被打磨抛光后的侧面和第二被打磨抛光后的侧面，所述第一被打磨抛光后的侧面对应紫磷块体的晶面是a-c轴平面，所述第二被打磨抛光后的侧面对应的紫磷块体的晶面是b-c轴平面。
作为优选技术方案，步骤S4中对两组拉曼光谱进行对比分析，通过典型Bg拉曼峰的强度对比,是基于紫磷块体结构空间群为P2/n，点群为C2h(2/m)，根据拉曼背散射理论，当入射光的传播和散射方向为Z时，收集第一被打磨抛光后的侧面的拉曼信号时，紫磷块体只有Ag拉曼峰被检测到，获得第一拉曼光谱；当入射光的传播和散射方向为X时，收集第二被打磨抛光后的侧面的拉曼信号时，紫磷块体的Ag和Bg拉曼峰都能够被检测到，获得第二拉曼光谱。
作为优选技术方案，所述第一拉曼光谱通过典型Bg拉曼峰的强度对比的拉曼峰强度小于所述第二拉曼光谱通过典型Bg拉曼峰的强度对比的拉曼峰强度，确定紫磷块体晶格方向a轴和b轴。
本发明还提供一种快速判定紫磷块体晶格方向的方法在紫磷块体的各向异性电学和光学中的应用。
本发明提供的快速判定紫磷块体晶格方向的方法及其应用，具有以下有益效果：
1)本发明提供的快速判定紫磷块体晶格方向的方法及其应用，无需对拉曼设备进行特殊的偏振配置，步骤简便，能快速确定紫磷块体的晶格方向，提升了判定紫磷块体晶格方向的效率；
2)本发明提供的快速判定紫磷块体晶格方向的方法及其应用，实现从块体紫磷块体层面无损确定晶格方向，无需复杂的制样过程，对后续研究紫磷及二维紫磷的物理性质和应用没有限制；
3)本发明提供的快速判定紫磷块体晶格方向的方法及其应用，其操作简单，对设备和人工的要求较低，大大降低了操作难度、时间和人工成本。
附图说明
图1为本发明提供的快速判定紫磷块体晶格方向方法的流程图；
图2为本发明提供的紫磷块体结构的示意图；
图3为实施例提高的紫磷块体两个被打磨抛光侧面的拉曼光谱图；
1-紫磷块体；2-层堆叠的方向；3-a-b轴平面；4-第一被打磨抛光后的侧面；5-第二被打磨抛光后的侧面。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施方式。
可以理解，本发明是通过一些实施例为了达到本发明的目的，如图1所示，本发明提供的一种快速判定紫磷块体晶格方向的方法，包括以下步骤：
S1在光学显微镜下观察紫磷块体1，以紫磷块体1垂直边为参考，确定紫磷块体1垂直边的方向为紫磷块体单晶垂直链的方向，紫磷块体1单晶垂直链的方向为<1,1,0>方向，
光学显微镜下观察紫磷块体1的最大面为a-b轴平面3，a-b轴平面3的垂直边沿着紫磷块体1单晶垂直链<1,1,0>方向设置，所述紫磷块体1的高度沿着层堆叠方向设置，所述层堆叠的方向为紫磷块体1的c轴方向；
S2对紫磷块体1的两个侧面进行打磨抛光得到两组被打磨抛光后的侧面，
对紫磷块体1的两个侧面进行打磨抛光包括以下步骤：通过精密研磨抛光系统对紫磷块体的垂直边缘顺时针或逆时针45°方向进行打磨抛光；
两组被打磨抛光后的侧面呈相对设置，这两组呈相对设置的被打磨抛光后的侧面为第一被打磨抛光后的侧面4和第二被打磨抛光后的侧面5，所述第一被打磨抛光后的侧面4对应紫磷块体的晶面是a-c轴平面，所述第二被打磨抛光后的侧面5对应的紫磷块体的晶面是b-c轴平面；
S3分别测试两个被打磨抛光侧面的拉曼光谱，获得两组拉曼光谱，所述拉曼光谱的激光波长为633nm、532nm、785nm或其他激光波长；
S4对两组拉曼光谱进行对比分析，通过典型Bg拉曼峰的强度对比，确定紫磷块体的晶格方向；
对两组拉曼光谱进行对比分析，通过典型Bg拉曼峰的强度对比,是基于紫磷块体结构空间群为P2/n，点群为C2h(2/m)，根据拉曼背散射理论，当入射光的传播和散射方向为Z时，收集第一被打磨抛光后的侧面的拉曼信号时，紫磷块体只有Ag拉曼峰被检测到，获得第一拉曼光谱；当入射光的传播和散射方向为X时，收集第二被打磨抛光后的侧面的拉曼信号时，紫磷块体的Ag和Bg拉曼峰都能够被检测到，获得第二拉曼光谱；
所述第一拉曼光谱通过典型Bg拉曼峰的强度对比的拉曼峰强度小于所述第二拉曼光谱通过典型Bg拉曼峰的强度对比的拉曼峰强度，确定紫磷块体晶格方向a轴和b轴；
所述典型Bg拉曼峰位于～300cm-1处。
本发明还提供一种快速判定紫磷块体晶格方向的方法在紫磷块体的各向异性电学和光学中的应用。
本发明提供的一种快速判定紫磷块体晶格方向的方法及其应用，其操作简单，不仅降低了操作难度和人工成本，提升了判定紫磷块体晶格方向的效率，而且能够快速判定紫磷块体晶格方向，对实现紫磷块体各向异性电学和光学等应用具有重要意义，是实现紫磷块体各向异性应用的基础和前提条件。
如图2所示，本发明提供的紫磷块体结构，紫磷块体1的最大面为a-b轴平面3，a-b轴平面3的垂直边沿着紫磷块体1单晶垂直链<110>方向设置；所述紫磷块体1的高度沿着层堆叠的方向设置，所述层堆叠的方向为紫磷块体1的c轴方向；两组被打磨抛光后的侧面呈相对设置，这两组呈相对设置的被打磨抛光后的侧面第一被打磨抛光后的侧面4和第二被打磨抛光后的侧面5，所述第一被打磨抛光后的侧面4对应紫磷块体的晶面是a-c轴平面，所述第二被打磨抛光后的侧面5对应的紫磷块体的晶面是b-c轴平面。
本发明提供的一种快速判定紫磷块体晶格方向的方法，包括以下步骤：
S1在光学显微镜下观察紫磷块体1，其主要平面为a-b平面，高度为沿着c轴方向设置，以紫磷块体垂直边缘为参考，确定垂直边的方向为紫磷块体结构垂直链的方向，所述紫磷块体结构垂直链的方向为<1,1,0>方向；
S2通过精密研磨抛光系统对紫磷块体1单晶体的垂直边缘顺时针或逆时针45°方向进行抛光得到第一被打磨抛光后的侧面4和第二被打磨抛光后的侧面5，第一被打磨抛光后的侧面4和第二被打磨抛光后的侧面5如图2所示。
S3将第一被打磨抛光后的侧面和第二被打磨抛光后的侧面先后平行于水平面放置，光斑聚焦到第一被打磨抛光后的侧面和第二被打磨抛光后的侧面上，分别获得第一拉曼光谱和第二拉曼光谱，拉曼光谱的激光波长为633nm；
S4分别对第一拉曼光谱和第二拉曼光谱的典型振动模式Bg拉曼峰(～300cm-1)强度进行对比，确定紫磷块体晶格方向a轴和b轴。
步骤S4中对两组拉曼光谱进行对比分析，通过典型Bg拉曼峰的强度对比,是基于紫磷块体结构空间群为P2/n，点群为C2h(2/m)，根据拉曼背散射理论，当入射光的传播和散射方向为Z时，收集第一被打磨抛光后的侧面4的拉曼信号时，紫磷块体只有Ag拉曼峰被检测到，获得第一拉曼光谱；当入射光的传播和散射方向为X时，收集第二被打磨抛光后的侧面5的拉曼信号时，紫磷块体的Ag和Bg拉曼峰都能够被检测到，获得第二拉曼光谱；当不同入射光的传播和散射方向时，收第一被打磨抛光后的侧面4的拉曼信号和收第二被打磨抛光后的侧面5的拉曼信号数据如下表1，
表1当不同入射光的传播和散射方向时，收集紫磷块体的拉曼信号数据
A<sub>g</sub> B<sub>g</sub>
-Z(XX)Z √
-Z(XY)Z √
-Z(YY)Z √
-X(YY)X √
-X(YZ)X √
-X(ZZ)X √
如图3所示，第一拉曼光谱中Bg拉曼峰(～300cm-1)处拉曼峰不明显，信号较弱，第一拉曼光谱对应第一被打磨抛光后的侧面4，所述第一被打磨抛光后的侧面4对应紫磷块体的晶面是a-c轴平面，而第二拉曼光谱中Bg拉曼峰(～300cm-1)处拉曼峰明显，信号较强，第二拉曼光谱对应的第二被打磨抛光后的侧面，所述第二被打磨抛光后的侧面5对应的紫磷块体的晶面是b-c轴平面，因此，通过实施例1提供的快速判定紫磷块体晶格方向的方法能够确定紫磷块体晶格a轴和b轴的方向。
本发明无需对拉曼设备进行特殊的偏振配置，步骤简便，能快速确定紫磷块体的晶格方向，可实现从块体紫磷块体层面无损确定晶格方向，无需复杂的制样过程，对后续研究紫磷及二维紫磷的物理性质和应用没有限制；对设备和人工的要求较低，大大降低了操作难度、时间和人工成本。
本发明提供的快速判定紫磷块体晶格方向的方法及其应用，具有以下有益效果：
1)本发明提供的快速判定紫磷块体晶格方向的方法及其应用，无需对拉曼设备进行特殊的偏振配置，步骤简便，能快速确定紫磷块体的晶格方向，提升了判定紫磷块体晶格方向的效率；
2)本发明提供的快速判定紫磷块体晶格方向的方法及其应用，实现从块体紫磷块体层面无损确定晶格方向，无需复杂的制样过程，对后续研究紫磷及二维紫磷的物理性质和应用没有限制；
3)本发明提供的快速判定紫磷块体晶格方向的方法及其应用，其操作简单，对设备和人工的要求较低，大大降低了操作难度、时间和人工成本。
可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

Claims (10)

1.一种快速判定紫磷块体晶格方向的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1在光学显微镜下观察紫磷块体，以紫磷块体垂直边为参考，确定紫磷块体垂直边的方向为紫磷块体单晶垂直链的方向，紫磷块体单晶垂直链的方向为<1,1,0>方向；
S2对紫磷块体的两个侧面进行打磨抛光得到两组被打磨抛光后的侧面；
S3分别测试两个被被打磨抛光后的侧面的拉曼光谱，获得两组拉曼光谱；
S4对两组拉曼光谱进行对比分析，通过典型Bg拉曼峰的强度对比，确定紫磷块体的晶格方向。
2.根据权利要求1所述的快速判定紫磷块体晶格方向的方法，其特征在于，步骤S1中在光学显微镜下观察紫磷块体的最大面为a-b轴平面，a-b轴平面的垂直边沿着紫磷块体单晶垂直链<110>方向设置。
3.根据权利要求1所述的快速判定紫磷块体晶格方向的方法，其特征在于，所述紫磷块体的高度沿着层堆叠的方向设置，所述层堆叠的方向为紫磷块体的c轴方向。
4.根据权利要求1所述的快速判定紫磷块体晶格方向的方法，其特征在于，步骤S2对紫磷块体的两个侧面进行打磨抛光包括以下步骤：通过精密研磨抛光系统对紫磷块体的垂直边缘顺时针或逆时针45°方向进行打磨抛光。
5.根据权利要求1所述的快速判定紫磷块体晶格方向的方法，其特征在于，所述拉曼光谱的激光波长为633nm、532nm、785nm或其他激光波长。
6.根据权利要求1所述的快速判定紫磷块体晶格方向的方法，其特征在于，所述典型Bg拉曼峰位于～300cm-1处。
7.根据权利要求1所述的快速判定紫磷块体晶格方向的方法，其特征在于，步骤S2中的两组被打磨抛光后的侧面呈相对设置，这两组呈相对设置的被打磨抛光后的侧面第一被打磨抛光后的侧面和第二被打磨抛光后的侧面，所述第一被打磨抛光后的侧面对应紫磷块体的晶面是a-c轴平面，所述第二被打磨抛光后的侧面对应的紫磷块体的晶面是b-c轴平面。
8.根据权利要求7所述的快速判定紫磷块体晶格方向的方法，其特征在于，步骤S4中对两组拉曼光谱进行对比分析，通过典型Bg拉曼峰的强度对比,是基于紫磷块体结构空间群为P2/n，点群为C2h(2/m)，根据拉曼背散射理论，当入射光的传播和散射方向为Z时，收集第一被打磨抛光后的侧面的拉曼信号时，紫磷块体只有Ag拉曼峰被检测到，获得第一拉曼光谱；当入射光的传播和散射方向为X时，收集第二被打磨抛光后的侧面的拉曼信号时，紫磷块体的Ag和Bg拉曼峰都能够被检测到，获得第二拉曼光谱。
9.根据权利要求8所述的快速判定紫磷块体晶格方向的方法，其特征在于，所述第一拉曼光谱通过典型Bg拉曼峰的强度对比的拉曼峰强度小于所述第二拉曼光谱通过典型Bg拉曼峰的强度对比的拉曼峰强度，确定紫磷块体晶格方向a轴和b轴。
10.一种快速判定紫磷块体晶格方向的方法在紫磷块体的各向异性电学和光学中的应用。
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