[发明专利]基于能量传输差分的光热拉曼光谱检测系统及检测方法

说明书

本发明提供了一种基于能量传输差分的光热拉曼光谱检测系统，包括用于构建稳态加热的连续激光器，用于构建瞬态加热的脉冲激光器，用于切换激光的翻转式反射镜，用于控制激光能量的滤光片，用于定位加热区域的三维位移平台，用于观测激光光斑在样品上位置的显微镜，用于进行拉曼信号采集的光谱检测器和用于控制整个检测系统的基于LabVIEW的控制器，该检测系统首次实现了在基于拉曼的二维材料热导率测量中区分光学声子与声学声子的温度，并进一步测得了两种声子之间的能量耦合因子，更加深入地研究二维材料中的能量传递机理。

技术领域

本发明涉及一种光热拉曼光谱检测系统及检测方法，尤其是基于能量传输差分的光热拉曼光谱检测系统及检测方法。

背景技术

二维过渡金属硫化物以其在电学、光学方面的优异性能，成为了二维材料研究领域里新的热点，在场效应晶体管中有着广阔的应用前景。场效应晶体管在通电工作后就会发热，如果温度过高，就会使晶体管的频率特性下降，甚至烧毁器件。此外，随着器件的微型化以及场效应晶体管的高度集成化，良好的散热性能就显得尤为重要。因而，二维过渡金属硫化物在应用于场效应晶体管中时，需要精确地了解这些二维纳米材料的导热特性，进而结合其电学和光学方面的性能进行场效应晶体管结构的优化设计，提高晶体管的散热性能。

目前有很多方法可以被用来研究二维过渡金属硫化物的导热特性，如热敏电阻微电桥法、闪光测定法、时域热反射法、光热拉曼光谱法等。其中，热敏电阻微电桥法的测量结果受样品与热电偶端口之间接触热阻的影响较大，闪光测定法无法用于测量非常薄的薄膜材料，时域热反射法的实验系统和操作流程较为复杂。光热拉曼光谱法是最成熟、最常用的一种用来研究二维过渡金属硫化物的导热特性的方法。

而光热拉曼光谱法的缺点是需要明确二维材料的温度系数和激光吸收系数以得到材料的导热系数。温度系数要通过对材料进行温度校正，这个过程所需时间较长，误差也较大；激光吸收系数目前的测量方法的测量误差也较大。因此，通过光热拉曼光谱法得到的导热系数的误差较大。

申请人开发了称为Energy transport state-resolved Raman(ET-Raman)的技术，分别利用脉冲激光和连续激光实现了对待测样品的瞬态和稳态加热，消除了材料温度系数和激光吸收系数对测量结果的影响，提高了测量的精度，得到了二硫化钼、二硒化钼和二硫化钨的导热系数。申请人的前期研究工作虽然消除了材料的温度系数和激光吸收系数对测量结果的影响，但尚未考虑二维材料中声子间能量耦合的影响，这会导致获得的导热系数相对真实的导热系数偏大。为了实现对二维材料导热系数的精确测量，就需要明确能量在光学声子与声学声子之间的传递过程，即研究光学声子与声学声子的能量耦合特性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于能量传输差分的光热拉曼光谱检测系统。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供上述基于能量传输差分的光热拉曼光谱检测系统的检测方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种基于能量传输差分的光热拉曼光谱检测系统，包括用于构建稳态加热的连续激光器(1)，用于构建瞬态加热的脉冲激光器(2)，用于切换激光的翻转式反射镜(3)，用于控制激光能量的滤光片(4)，用于定位加热区域的三维位移平台(5)，用于观测激光光斑在样品上位置的显微镜(6)，用于进行拉曼信号采集的光谱检测器(7)和用于控制整个检测系统的基于LabVIEW的控制器(8)，沿连续激光器(1)和脉冲激光器(2)出射光路水平方向上依次配置滤光片(4)和翻转式反射镜(3)，垂直于水平放置的三维位移平台(5)，该三维位移平台(5)在x、y、z三个方向可调以实现样品的精确定位和观察，所述滤光片(4)和光谱检测器(7)均通过USB2.0接口与基于LabVIEW的控制器(8)连接，所述显微镜(6)与光谱检测器(7)通过显微镜上转接口连接。