GaN薄膜的微区Raman散射光谱
raman光谱 简介
Raman光谱技术的发展
共振拉曼 RRS(Resonance Raman Scattering)
激光共振拉曼光谱(RRS) 产生激光频率与待测分子的 某个电子吸收峰接近或重合时, 这一分子的某个或几 个特征拉曼谱带强度可达到正常拉曼谱带的104～ 106 倍, 并观察到正常拉曼效应中难以出现的、其强 度可与基频相比拟的振动光谱。 与正常拉曼光谱相比, 共振拉曼光谱灵敏度高, 可用于 低浓度和微量样品检测,在低浓度样品的检测和络合物 结构表征中, 发挥着重要作用，特别适用于生特大分 子样品检测。
Raman光谱的应用
用通常的拉曼光谱可以进行半导体、陶瓷等无 机材料的分析，如剩余应力分析、晶体结构解 析等。 拉曼光谱是合成高分子、生物大分子分析的重 要手段。如分子取向、蛋白质的巯基、卟啉环 等的分析。
Raman光谱的应用实例
从图中可以看出， 不同的碳材料其 拉曼光谱不同， 因此可以彼此区 分。
Raman光谱法的原理
Raman位移 拉曼散射中散射线频率与激 发光频率有一个频率差∆ν 叫做拉曼位移。 对不同物质： ∆ν不同； 对同一物质： ∆ν与入射光 频率无关，是表征分子振转能级的特征物理量其值取 决于振动激发态与振动基态 的能级差，∆ν=∆Ε⁄h。 Raman散射的产生： 光电场E中，分子产生诱 导偶极距ρ ρ = αE α 为分子极化率；
光源：Nd-YAG钇铝石榴石 激光器（1.064µm）； 检测器：高灵敏度的铟镓 砷探头； 特点： （1）避免了荧光干扰； （2）精度高； （3）消除了瑞利谱线； （4）测量速度快。 。
Raman光谱仪
微区分析装置
微区分析装置是拉曼光谱仪的一个附件，由光学显微 镜、电子摄像管、显象荧光屏、照相机等组成。可以 将局部样品的放大图显示在荧光屏上，用照相机拍摄 样品的显微图象。
拉曼光谱分析
n
拉曼原理
n
拉曼位移（Raman Shift） 斯托克斯与反斯托克斯散射光的频率与激发光源频率之差 Δν统称为拉曼位移。 斯托克斯散射的强度通常要比反斯托克斯散射强度强得多， 在拉曼光谱分析中，通常测定斯托克斯散射光线。 拉曼位移取决于分子振动能级的变化，不同的化学键或基 态有不同的振动方式，决定了其能级间的能量变化，因此， 与之对应的拉曼位移是特征的。这是拉曼光谱进行分子结 构定性分析的理论依据。
depth A depth B O
depth C 9
3 6 sputtering time (min)
1332
Counts / a.u.
600
400
200 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 －1 Raman Shift / cm
1574 544
1332
Counts / a.u.
n
n
n n
局限：不适于有荧光产生的样品 解决方案：改变激光的激发波长，尝试 FT-Raman光谱仪
Raman光谱仪
优势：激发波长较长， 可以避免部分荧光产生
局限：黑色样品会产生热背景 薄膜样品的厚度应 >1m 光谱范围：5~4000cm-1
分析方法
n
普通拉曼光谱 一般采用斯托克斯分析
n
反斯托克斯拉曼光谱 采用反斯托克斯分析
有机化学应用
n
在有机化学中主要应用于特殊结构或特征基团的研究。
材料科学应用
n
在固体材料中拉曼激活的机制很多，反映的范围也很广： 如分子振动，各种元激发（电子，声子，等离子体等）， 杂质，缺陷等
n
晶相结构，颗粒大小，薄膜厚度，固相反应，细微结构分 析，催化剂等方面
raman光谱的基本原理
raman光谱的基本原理拉曼光谱（Ramanspectra），是一种散射光谱。
拉曼光谱分析法是基于印度科学家C.V.拉曼（Raman）所发现的拉曼散射效应，对与入射光频率不同的散射光谱进行分析以得到分子振动、转动方面信息，并应用于分子结构研究的一种分析方法。
最常用的红外及拉曼光谱区域波长是2.5~25μm。
扩展资料：分子能级与分子光谱：分子运动包括整体的平动、转动、振动及电子的运动。
分子总能量可近似为这些运动的能量之和，分别是分子的平动能、振动能、转动能和电子运动能。
除平动能外，其余三项都是量子化的，统称分子内部运动能。
分子光谱产生于分子内部运动状态的改变。
分子有不同的电子能级，每个电子能级又有不同的振动能级。
而每个振动能级又有不同的转动能级。
一定波长的电磁波作用于分子，引起分子相应能级的跃迁，产生分子吸收光谱。
引起分子电子能级跃迁的光谱称电子吸收光谱，其波长位于紫外-可见光区，故称紫外－可见光谱。
电子能级跃迁伴有振动能级和转动能级的跃迁，引起分子振动能级跃迁的光谱称振动光谱，振动能级跃迁的同时伴有转动能级的跃迁。
红外吸收和拉曼散射光谱是分子的振动－转动光谱。
用远红外光波照射分子时，只会引起分子中转动能级的跃迁，得到纯转动光谱。
近红外区伴随的是X-H或多键振动的倍频和合频。
拉曼散射：拉曼散射是分子对光子的一种非弹性散射效应。
当用一定频率的激发光照射分子时，一部分散射光的频率和入射光的频率相等。
这种散射是分子对光子的一种弹性散射。
只有分子和光子间的碰撞为弹性碰撞，没有能量交换时，才会出现这种散射。
该散射称为瑞利散射。
还有一部分散射光的频率和激发光的频率不等，这种散射成为拉曼散射。
Raman散射的几率极小，最强的Raman散射也仅占整个散射光的千分之几，而最弱的甚至小于万分之一。
处于振动基态的分子在光子的作用下，激发到较高的、不稳定的能态（称为虚态），当分子离开不稳定的能态，回到较低能量的振动激发态时，散射光的能量等于激发光的能量减去两振动能级的能量差。
拉曼光谱分析
有机化学应用
n
在有机化学中主要应用于特殊结构或特征基团的研究。
材料科学应用
n
在固体材料中拉曼激活的机制很多，反映的范围也很广： 如分子振动，各种元激发（电子，声子，等离子体等）， 杂质，缺陷等
n
晶相结构，颗粒大小，薄膜厚度，固相反应，细微结构分 析，催化剂等方面
新型陶瓷材料
ZrO2是高性能陶瓷材料 可以作为固体电解质
显微共聚焦拉曼光谱仪
n n n
纵向空间分辨率为2m 横向空间分辨率为1m 光斑尺寸连续可调（1-100 m ） 样品： 聚丙烯（PP）基底上2µm的 聚乙烯（PE）薄膜 激光： HeNe激光器（波长633 nm） 放大倍数： x50物镜 光谱仪设置： 狭缝宽度10 µm
表面增强拉曼光谱
n
利用粗糙表面的作用，使表面分子发生共振，大大提高其 拉曼散射的强度，可以使表面检测灵敏度大幅度提高
100
100 Cr C
depth profile lines Cr as Cr2C C as diamond C as Cr2C Cr
C
ACP(％)
50
ACP (％)
50 C depth D Cr depth E
0
O C 0 2 4 sputtering time / min 6
Cr O 8
0 0
n
因此，拉曼光谱适合同原子的非极性键的振动。如C-C，S-S，N-N键 等，对称性骨架振动，均可从拉曼光谱中获得丰富的信息。而不同原 子的极性键，如C=O，C-H，N-H和O-H等，在红外光谱上有反映。 相反，分子对称骨架振动在红外光谱上几乎看不到。
n
可见，拉曼光谱和红外光谱是相互补充的。
LRS与IR比较
拉曼光谱课件
利用拉曼光谱分析大气中的有害物质，如二氧化氮、二氧化硫、一氧化碳等，有助于监测和治理空气 污染。
详细描述
拉曼光谱能够检测大气中不同污染物的分子振动模式，从而确定污染物的种类和浓度。这种方法具有 非接触、无损、快速和高灵敏度的特点，对于大气污染的预防和治理具有重要意义。
水体污染物的拉曼光谱分析
总结词
拉曼光谱技术可用于检测水体中的有害物质，如重金属离子、有机污染物等，为水环境 的监测和治理提供有力支持。
详细描述
通过对水体样本进行拉曼光谱扫描，可以获取水中污染物的分子振动信息，从而判断污 染物的种类和浓度。这种方法在水质监测、饮用水安全等领域具有广泛的应用前景。
土壤污染物的拉曼光谱分析
总结词
用于分离拉曼散射信号中的不 同波长成分。
光电倍增管
用于检测拉曼散射信号，转换 为电信号。
实验操作流程
显微镜观察
使用显微镜观察样品，选择测 量区域和焦点。
数据采集
采集拉曼散射信号，记录光谱 数据。
样品准备
选择适当的样品，进行表面清 洁和干燥。
光路调整
调整拉曼光谱仪、单色仪和显 微镜的光路，确保测量区域的 聚焦。
与生物学和医学交叉
拓展拉曼光谱在生物分子结构和细胞代谢过程 中的应用。
与计算科学交叉
利用计算模拟方法预测分子拉曼光谱，指导实验设计和优化。
THANK YOU
总结词
高分子化合物的拉曼光谱分析主要依赖于链振动和侧基的振动，可以提供高分子化合物的结构和序列信息。
详细描述
拉曼光谱能够检测高分子化合物中主链和侧基的振动模式，从而推断出高分子的结构和序列。通过分析拉曼光谱 ，可以确定高分子化合物的聚合度、序列长度和支链结构等信息。
Al_2O_3薄膜_纳米Ag颗粒复合结构的光吸收谱及增强Raman散射光谱研究
128 π5 6 R gd 2 ， σ sca = 3 λ4 ε Ag － ε m gd = ， ε Ag + 2 ε m
R 其中 λ 为入射光波长，ε m 为周围材料介电常数， 为纳米 Ag 颗粒半径. ε Ag = ε1 （ ω） + iε2 （ ω） 为 Ag
［ 20 ］ 体材料介电常数， 可根据 Drude 模型进行表征 ，
2754
物
理
学
报
59 卷
一种简便的、 重复性高的纳米 Ag 颗粒的制备技术， 通过调节制备工艺可以有效地实现对 Ag 颗粒形貌
［ 2， 14 ］ ， 及光学特性的调控 且制备得到的纳米 Ag 颗粒 ［ 15 ， 16 ］ . 同时利用反应热 具有良好的 Raman 增强效果
具意义.
3. 结果与讨论
第 59 卷 第 4 期 2010 年 4 月 10003290 /2010 /59 （ 04 ） /275307
物
理
学
报
AC No. 4 ， April， 2010 2010 Chin. Phys. Soc.
Al2 O3 薄膜 / 纳米 Ag 颗粒复合结构的光吸收谱 及增强 Raman 散射光谱研究
1）
1）
2）
1）
1）
孙 建
1）
1 ） （ 南开大学光电子薄膜器件与技术研究所， 光电子薄膜器件与技术天津市重点实验室，
Al2 O3 介质薄膜与纳米 Ag 颗粒构成的复合结构， 被应用于表面增强 Raman 散射探测实验中， 其中 Al2 O3 介质 薄膜对纳米 Ag 颗粒的吸收谱及增强 Raman 散射光谱的影响被特别关注 . 该复合结构的光学特性表征出纳米 Ag 颗 粒的偶极振荡特性. 从光吸收谱中可以看到， 其共振吸收谱随 Al2 O3 介质薄膜厚度增加而在整个谱域上发生红移， 6 个 Raman 表明纳米 Ag 颗粒的周围介电常数随 Al2 O3 介质薄膜厚度的增加而增大 . 采用罗丹明 6G 作为探针原子， Al2 O3 介质薄膜层的引 特征峰的平均增益值作为表征表面增强 Raman 散射衬底增益程度的量度 . 实验结果表明， 入提高了纳米 Ag 颗粒的衬底介电常数， 并引起了散射共振的增强， 从而使表面增强 Raman 散射强度提高.
拉曼散射光谱
拉曼散射光谱（Raman spectra）是一种光谱学技术，它基于印度科学家C.V.拉曼（C.V. Raman）在1928年发现的拉曼散射效应。
这种效应描述了当入射光与分子相互作用时，一部分散射光子的能量会发生变化，从而导致散射光的频率不同于入射光的频率。
这种能量的变化是由于分子振动、旋转或其他内部结构变化的结果。
拉曼光谱仪通常使用激光作为光源，因为激光具有单色性好、强度高和方向性强等特点。
当激光照射到样品上时，大部分光会以瑞利散射的形式被散射出去，这部分光子的频率与入射光相同。
然而，一小部分光子会经历拉曼散射，其波长会改变，这是因为它们在与分子相互作用过程中发生了能量转移。
根据散射光子的能量变化，可以将拉曼散射分为斯托克斯线（Stokes lines）和反斯托克斯线（Anti-Stokes lines）。
斯托克斯线代表散射光的能量低于入射光，即散射光的波长大于入射光；而反斯托克斯线则表示散射光的能量高于入射光，即散射光的波长小于入射光。
通过测量这些散射光的波长（或频率），科学家可以获得关于分子振动模式的信息，这可以帮助他们识别分子结构并了解分子之间的相互作用。
拉曼光谱广泛应用于化学、物理学、材料科学、生物学等多个领域，例如研究药物成分、分析矿物、表征聚合物结构等。
气相外延gan的拉曼散射
气相外延gan的拉曼散射气相外延(Gas Phase Epitaxy, GPE)是一种半导体制备技术，它致力于将高品质的晶体生长于晶体衬底上。
这种生长过程经常使用激光诱导加热来达到设定的生长温度，同时通过不同的气氛进行控制。
在一些实验室考虑使用拉曼散射技术(Raman Scattering)来控制气相外延过程。
步骤一：二次元材料在气相外延gan基底首先，研究人员使用化学气相沉积(CVD)方法在气相外延GaN基板上生长MoS2单层薄膜，并利用Scanning Electron Microscopy(SEM)对生长结果进行观察和分析。
结果显示，生长出的MoS2单层薄膜非常光滑，无明显缺陷和裂纹。
这证明了气相外延GaN基底上生长二维材料是可行的。
步骤二：采用拉曼光谱技术分析薄膜品质随后，研究人员采用拉曼散射技术来研究MoS2单层薄膜的结构和品质。
实验中，利用532 nm激光进行激发，并收集散射光的拉曼信号。
结果表明，与MoS2晶体的一些分子振动峰对应的拉曼散射峰出现在了532 cm^-1和375 cm^-1左右，这进一步确认了样品的层状结构。
此外，样品的层状结构和缺陷度也可以通过拉曼散射技术的频率、强度和线宽进行分析。
步骤三：分析实验结果并优化气相外延工艺最后，基于以上的实验结果，研究人员对气相外延GaN基底上生长MoS2单层薄膜的工艺进行了优化。
他们在实验中发现，在较高的生长温度下，MoS2单层薄膜的品质可以得到较好的改善。
同时，他们还发现对生长气氛的调节也对MoS2的生长有显著的影响。
研究人员通过控制前驱物的输入流量、气氛气压和生长时间，进一步优化了气相外延的工艺。
综上所述，拉曼散射技术在气相外延GaN基底上生长二维材料的过程中起着至关重要的作用。
它可以提供高分辨率的、非侵入的样品信息，以便研究人员更好地理解生长过程中的结构和特性，并进一步完善气相外延的工艺，以满足应用需求。