[发明专利]单层和/或少层薄膜材料的自动识别

说明书

技术领域

本发明涉及一种自动识别数字图像中数字表示的层状薄膜材料(例如单层和/或少层石墨烯)的方法和系统。

少层应理解为包括多达10层或更多。本文中的少层具体地包括单、双、三和四层。

发明背景

石墨烯是包括以蜂窝状网格排布的单层的碳原子的二维材料。它有许多有利的室温性能如导电率几乎是铜的两倍，热导率是银的十倍以上，电子迁移率几乎是硅的30倍，拉伸或杨氏模量约为钢的5倍，和拉伸强度为金刚石的45倍以上。

这些特性使当使用石墨烯的时候许多用途和改进成为可能。

高品质石墨烯可以如通过通常称为微剥离(micro-cleaving)或微机械剥离或各种剥离方法的技术获得。

可替代地，石墨烯可使用化学气相沉积(CVD)方法“生长”。然而，CVD法的缺点是，石墨烯通常在铜或镍上“生长”，然后需要使用所谓的转移技术将其转移到另一个可用基底。而且，以这种方式获得的石墨烯的每个相干面积比较小，也就是CVD法的石墨烯可以被看作包括数量较多的小得多的相邻石墨烯区域。

石墨烯具有仅为0.335nm的厚度，凭借此特征，涉及例如原子力显微镜(AFM)，扫描隧道显微镜(STM)或扫描电子显微镜(SEM)等设备的工具经常被用来恰当地和可靠地识别石墨烯。然而，使用这些技术是耗时的，设备也相当昂贵。

此外，由于研究或类似等级的单层微剥离石墨烯在4”晶片或类似的晶片上的覆盖范围通常只有少几千μm²，这样耗时的鉴别方法对于大规模生产或研究使用是不实际的。

可替代地，人工识别石墨烯-这仍在使用-是慢的，乏味和/或容易出错的，特别是对碎片样品。当以正确识别石墨烯所需的适当的分辨率数字化时，人工识别石墨烯的通常时间花费是如约5秒钟pr.数字图像和对于4”晶片为大约6-7小时。

专利申请US 2011/0299720公开了一种自动化的方法，用于确定层状材料样品中的原子平面数。根据一个方面，在特定照射条件下对薄膜材料进行校准，其中层状薄膜材料的层数和颜色组分值范围之间的相关性被确定。随后相关性用于确定包括与校准过程所用的相同材料的另一个样品图像的选择区域的层数。为得到准确的结果，图像需要在与校准过程所使用的相同的照明条件下捕获。

校准使用例如显微拉曼光谱仪和原子力显微镜(AFM)进行。

一旦进行校准，它可以用于其他样品的层检测，只要样品材料和校准材料相同，校准材料和样品材料的基底相同，和照明条件保持不变。

然而，确保照明条件真正保持不变实际上不简单，给定的样品材料将始终有小的变化例如在厚度上，即使横穿样品材料。

因此，在数字图像中识别石墨烯和/或其它的薄膜材料需要自动简单、可靠、稳定和/或有效的方法。

发明目的和简述

目标是能够稳定和可靠地自动识别石墨烯和/或其它薄膜材料。

进一步的目的是能够以简单的和/或有效的方法进行该识别。

根据一个方面，这些目标中的一个或多个至少在一定程度上由在数字图像中自动识别一个或多个数字表示的单层和/或少层薄膜材料的方法实现，所述数字图像具有预先确定数目的颜色成分，并且该方法包括

-确定数字图像的背景颜色成分的每个颜色成分，和

-确定或估计数字图像中待识别的薄膜材料的颜色成分的每个颜色成分，所述

待识别的薄膜材料具有至少为一层的给定层数，

其中，确定或估计数字图像中待识别的薄膜材料的颜色成分的每个颜色成分包括

-获得每个颜色成分预先确定的对比度值，确定或估计待识别的并具有给定层数的薄膜材料的颜色成分的每个颜色成分，通过对于每个颜色成分，将给定颜色成分的预先确定的对比度值与约1的数值差乘以给定颜色成分的背景颜色成分，

且其中所述方法还包括

-识别作为数字图像的点或部分的一个或多个数字表示的单层和/或少层薄膜材料，对于每个颜色成分来说，所述数字图像的颜色成分在待识别的且具有给定层数的薄膜材料的确定或估计的颜色成分的预定范围内。

以这种方式，提供数字图像中层状薄膜材料的稳定和可靠的识别，因为识别是基于背景的实际颜色做出的，然后薄膜材料的实际颜色使用关于对比度的信息导出。

此外，这种识别不需要涉及昂贵和/或耗时设备，如诸如原子力显微镜(AFM)、扫描隧道显微镜(STM)或扫描电子显微镜(SEM)的校准。

此外，此识别在由相对便宜和标准设备获得的数字图像上运行。