的拉曼光谱研究 - 原子核物理评论
Raman(拉曼)光谱原理和图解
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数字化显微共焦系统专利技术 共焦应用:高分子样品的深度分布
• Sample
– 2 µm thick polyethylene (PE) film – Thick polypropylene(PP) substrate
• Laser
– 633 nm HeNe
• Spectrometer settings
数字化显微共焦系统专利技术 共焦应用 - 石英内的气、液包裹体
1390
2500
N2
4000
quartz
3000 2000
2000
H2O
1287
1500
1086 3648
1087
1000
1 164 2914 1627 2333
1000 1164 1280 1387 1640 2331
500
1500
2000
高重复性、高稳定性
光栅转动重复性实验 – 某条原子发射线随光栅24小时转动 的位置重复性实验结果 – 细节; • 间隔30分钟的抖动是由于室内 空调的启动与关闭引起的 • 凌晨2点钟时的最大偏差是由外 部环境空气温度最低造成的 • 尽管是在温差较大的办公室环 境（而非温度控制的实验室环 境） 最大偏离也不过0.06 cm-1
Raman(拉曼)光谱
• 拉曼散射效应是印度物理学家拉曼（C.V.Raman）于1928年首次发现的，本人也 因此荣获1930年的诺贝尔物理学奖。 • 1928~1940年，受到广泛的重视，曾是研究分子结构的主要手段。这是因为可见 光分光技术和照相感光技术已经发展起来的缘故； • 1940~1960年，拉曼光谱的地位一落千丈。主要是因为拉曼效应太弱（约为入射 光强的10-6），并要求被测样品的体积必须足够大、无色、无尘埃、无荧光等等 。所以到40年代中期，红外技术的进步和商品化更使拉曼光谱的应用一度衰落； • 1960年以后，激光技术的发展使拉曼技术得以复兴。由于激光束的高亮度、方向 性和偏振性等优点，成为拉曼光谱的理想光源。随探测技术的改进和对被测样品 要求的降低，目前在物理、化学、医药、工业等各个领域拉曼光谱得到了广泛的 应用，越来越受研究者的重视。
拉曼光谱(原)
例三、环己烷的红外光谱与拉曼光谱比较图
· 在环己烷红外谱图中，2928cm-1和2863cm-1为CH2的不对称和对称伸缩振 动吸收峰，1460cm-1为CH2的变形振动吸收峰。 · 在环己烷的拉曼光谱中，2938cm-1和2853cm-1为CH2的不对称和对称伸缩 振动吸收峰，其强度相对于红外光谱较弱，而且对称伸缩振动强于不对称伸 缩振动吸收峰； · 1446cm-1CH2的变形振动吸收峰较弱；803cm-1的强峰为环呼吸振动吸收峰， 这些吸收峰在红外光谱中不特征。
5.拉曼光谱仪
拉曼分光光度计有成套的设备，也可以分部件装配 。下图为谱仪的装置示意图，主要有激光光源，外光路 系统及样品装置，单色仪和探测记录装置，如下图。
5.5 傅里叶变换拉曼光谱仪
傅里叶变换拉曼光谱仪的特点： （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。
例二、丙烯酸甲酯的红外光谱与拉曼光谱比较图
·红外光谱中3030cm-1（m），烯基的C-H伸缩振动；2998cm-1（m），甲基的C-H伸 缩振动；1732cm-1（s），υC=O; 1636cm-1（m）， υC=C; 1279cm-1（s），1209 cm1（s）， υCOOC ; 1070cm-1（s）， υCCO 。 · Raman光谱中3041cm-1 （m），烯基的C-H伸缩振动；2998cm-1（m），甲基的CH伸缩振动； 1728cm-1（m）， υC=O; 1636 cm-1（s）， υC=C ; ·而IR中的1279cm-1（s），1209 cm-1（s）， υCOOC ; 1070 cm-1（s）， υCCO 及 δCH2 =CH （988，855 cm-1） 谱带，在Raman光谱中的谱带弱，不特征。
拉曼光谱探究二维原子晶体结构和物性的研究进展
拉曼光谱探究二维原子晶体结构和物性的研究进展郭怀红;赵波【期刊名称】《辽宁石油化工大学学报》【年(卷),期】2018(038)006【摘要】二维原子晶体在纳米电子器件、光电子器件方面具有潜在的应用前景,近年来引起了广泛关注.拉曼光谱一直以来被公认为材料结构独一无二的\"指纹光谱\",具有快速、准确、样品无损伤、无需样品预处理、大大节省研究成本等重要特点.随着大量新型二维原子晶体的成功制备,拉曼光谱将在相应指纹光谱的建立和奇异物性的发掘方面大显身手.本文概述了拉曼光谱在探测二维原子晶体的堆垛方式、层数、晶格取向的各向异性、缺陷等结构表征方面的研究进展,同时也概述了共振拉曼光谱在揭示二维原子晶体中电子与光子、电子与声子之间的相互作用,甚至在获取晶格振动声子结构等方面的重大作用,为读者提供了一个审视拉曼光谱在纳米材料基础研究和功能化应用研究方面扮演的重要地位的新视角.【总页数】9页(P1-9)【作者】郭怀红;赵波【作者单位】辽宁石油化工大学理学院 ,辽宁抚顺 113001;辽宁石油化工大学理学院 ,辽宁抚顺 113001【正文语种】中文【中图分类】O482.31【相关文献】1.二维原子晶体半导体转移技术研究进展 [J], 李春;胡晓影;何天应;孙培华;兰长勇2.介质衬底上生长h-BN二维原子晶体的研究进展 [J], 张兴旺; 高孟磊; 孟军华3.超高真空条件下分子束外延生长的单层二维原子晶体材料的研究进展 [J], 王兴悦; 张辉; 阮子林; 郝振亮; 杨孝天; 蔡金明; 卢建臣4.二维原子晶体的转移堆叠方法及其高质量电子器件的研究进展 [J], 王浩林;宗其军;黄焱;陈以威;朱雨剑;魏凌楠;王雷5.拉曼光谱在二维材料微观结构表征中的研究进展 [J], 董文龙;刘璐琪因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
拉曼光谱原理及应用
非弹性散射光很弱，过去较难观测。激光拉曼 光谱的出现使灵敏度和分辨力大大提高，应用日 益广泛。
拉曼效应的发现
1928年，印度物理学家C. V. Raman他们在用汞灯的单色光 来照射CCl4液体时，在液体的散射光中观测到了频率低于入射 光频率的新谱线。在喇曼等人宣布了他们的发现的几个月后， 苏联物理学家兰德斯别尔格等也独立地报道了晶体中的这种效 应的存在。
红外光谱：基团； 拉曼光谱：分子骨架测定；
sC C
红外可见，拉 曼不可见
拉曼可见，红 外不可见
asC C
sC C
Cl C
H
H C
Cl
拉曼光谱的优点及其应用
❖ 一些在红外光谱中为弱吸收或强度变化的谱带，在 拉曼光谱中可能为强谱带，从而有利于这些基团的检 出。 ❖ 拉曼光谱低波数方向的测定范围宽，有利于提供重 原子的振动信息。 ❖ 对于结构的变化，拉曼光谱有可能比红外光谱更敏 感。 ❖ 特别适合于研究水溶液体系。 ❖ 比红外光谱有更好的分辨率。 ❖ 固体样品可直接测定，无需制样。
Stocks lines
anti-Stockes lines
Δν/cm-1
拉曼位移（Raman shift）
Δv即散射光频率与激发光频之差。 由于拉曼位移Δv只取决于散射分子的结构 而与vo无关，所以拉曼光谱可以作为分子 振动能级的指纹光谱。
与入射光波长无关 适用于分子结构分析
拉曼光谱图
从图中可见，拉曼光谱的横坐标为拉曼位移，以
光谱分类
一. 概 述
原子发射光谱（AES）、原子荧光光谱（AFSS）等
紫外－可见光法（UV-Vis）、原子吸收光谱（
吸收光谱 AAS）、红外观光谱（IR）、核磁共振（NMR
ruo2 拉曼光谱
Ruo2 拉曼光谱：解密氧化铼晶格结构及其性质Ruo2 （氧化铼）是一种具有独特电学、磁学和光学性质的功能材料，它被广泛应用于半导体、电子、光电、催化、传感等领域。
其晶格结构的准确解析和性质的深入研究对于开发高效的ruo2应用具有重要意义。
在这方面，ruo2 拉曼光谱是一种非常有效的工具，可以提供ruo2晶格结构和分子振动信息，探究ruo2的电学、磁学、光学和催化性能。
ruo2 晶格结构ruo2 属于四方晶系，晶格参数为a=b=4.537?，c=2.960?。
它的晶格对称性为F-43m，具有一种特殊的带有酸碱的氧化物结构，其中rhenium离子的六个配位点被ruo6八面体占据，与八根氧原子相连。
ruo2 拉曼光谱ruo2 拉曼光谱主要包括两个区域：低频区域（0-600 cm^-1）和高频区域（600-1800 cm^-1）。
低频区域主要展现了ruo2的结构信息，而高频区域则直接反映了ruo2分子内部的振动信息。
ruo2的低频拉曼光谱主要由三个活动模式组成：弯曲模式（A1，195 cm^-1），扭曲模式（E，416 cm^-1）和拉伸模式（A1，557 cm^-1）。
其中，扭曲模式和拉伸模式的峰值分别对应ru-ru键的对称伸缩和不对称伸缩。
低频拉曼光谱的解析不仅可以确定ruo2的结构信息，如晶格对称性、原子结构和构型，而且还可以用于研究ruo2的物理性质，如催化机理和电学性质。
ruo2拉曼光谱的高频区域主要包括O-Ru-O 弯曲振动模式和O-Ru 键伸缩振动模式。
O-Ru-O 弯曲振动模式主要与ruo6的结构相关，而O-Ru 键伸缩振动模式则是ruo2的光学波长范围的一个决定因素。
高频区域的解析可以用于研究ruo2的光学性质、表面振动、电极化学性质以及与硫酸化铜等其他化合物的复合材料。
ruo2的性质和应用作为一种兼具催化、电子和光电性质的多功能材料，ruo2的应用前景非常广阔。
在催化领域，ruo2常用于控制汽车尾气的催化转化，以及在化学合成和能源储存等方面的应用。
拉曼共振光谱
拉曼共振光谱
拉曼共振光谱（Resonance Raman Spectroscopy）是一种分析物质的分子振动和电子激发状态的光谱技术。
它是拉曼散射光谱的一种变体，利用分子在共振激发状态下的特殊光学效应。
拉曼共振光谱的原理基于拉曼散射现象。
当强激光照射在样品上时，其中的光子与样品的分子相互作用，引发分子的振动和电子跃迁。
这些相互作用会导致散射光的频率发生变化，并在得到的光谱中产生特征峰。
拉曼共振光谱具有以下特点：
1.共振增强：拉曼共振光谱在特定的激发频率下，可以获得
较高的拉曼散射信号强度。
这是因为在共振激发频率附近，分子的共振增强效应会使拉曼信号显著增加。
2.细微结构信息：拉曼共振光谱可以提供关于分子结构和局
部环境的详细信息。
它能够探测到分子的振动模式、电荷
转移、电子跃迁等，从而提供分子的结构、构型和化学状
态的特征。
3.利用共振波长：选择适当的激发波长可以实现不同的共振
效应，从而突出特定的分子键或功能基团，提高信号的选
择性和灵敏度。
拉曼共振光谱在化学、生物和材料科学等领域中得到广泛应用。
它可以用于分析有机和无机化合物、表征生物分子结构和功能，以及研究材料的电子结构和光物理性质等。
通过提供非破坏性
的、即时的、非接触的分析手段，拉曼共振光谱成为科学研究和工业应用中的有力工具。
拉曼光谱 极化率
拉曼光谱极化率
拉曼光谱与分子极化率之间存在密切的关系。
在拉曼散射过程中，分子受到光子的撞击而发生极化，这种极化是由分子内核电子云的变形引起的。
极化感应偶极矩P是静电场E与极化率的乘积，而诱导偶极矩与外电场的强度之比为分子的极化率。
极化率的大小与分子中两原子之间的距离有关，当两原子距离最大时，极化率也达到最大。
拉曼散射的强度与极化率成正比，因此，通过测量拉曼散射的强度可以推断出分子极化率的大小。
拉曼光谱中的拉曼频移，即散射光频与激发光频之差，与分子振动能级的改变有关，而分子振动能级的改变又与极化率有关。
因此，拉曼光谱可以用来研究分子的极化率和振动特性。
此外，拉曼光谱法还可以采用激光作为光源，激光具有单色性好、方向性强、亮度高、相干性好等特性，与表面增强拉曼效应相结合，可以产生表面增强拉曼光谱，从而进一步提高拉曼散射的信号强度和分辨率。
总之，拉曼光谱是研究分子极化率和振动特性的一种重要方法，通过测量拉曼散射的强度和频移，可以获得分子极化率的相关信息，为分子结构和性质的研究提供重要依据。
拉曼光谱简介及原理
4.2 表面增强拉曼光谱SERS
➢ 试样吸附在金属表面上，增103～106 ➢ 表面与共振联用检测限10－9～1012 mol/L
精选课件
16
仪器使用中的注意事项
1.保证使用环境：具备暗室条件；无强震动 源、无强电磁干扰；不可受阳光直射。
1. 概述 2. 方法原理
3. 仪器结构与原理
4. 发展
精选课件
2
1. 概 述
散射光谱
C.V.Roman，the Indian physicist
1930 Nobel Prize
分子振动与转动
用于结构分析
与红外光谱类似 － 吸收光谱 1
精选课件
3
拉曼散射效应的进展：
拉曼散射效应是印度物理学家拉曼（C.V.Raman）于1928年 首次发现的，本人也因此荣获1930年的诺贝尔物理学奖。
温度升能高量，增反加斯，托波克长斯(数线)增变加短。(大)
精选课件
8
2.2 拉曼频移（Raman shift）
Δν=| ν 0 – ν s |, 即散射光频率与激发光频之差。 Δv取决于分子振动能级的改变， 所以他是特征的。
与入射光波长无关
适用于分子结构分析
精选课件
9
2.3 拉曼光谱与分子极化率的关系
Rayleigh scattering
Stocks lines
anti-Stockes lines
Δν/cm-1
精选课件
7
2.2 方法原理
Stocks(斯托克斯)线：
An室 A受 大tni－t温部激i-s分S能t时虚ot能量co处态kc量减e于不k线不少s基稳也线变，态定远，波：振，少小长动很于(部能数快st分级)o(变1c产的0k长-s8生分线s(小)位子跃。)移很回。少基，态
拉曼光谱特征峰查阅 -回复
拉曼光谱特征峰查阅-回复什么是拉曼光谱特征峰？为什么它们对物质的表征具有重要意义？如何通过查阅相关文献了解拉曼光谱特征峰？第一步：理解拉曼光谱及其应用背景拉曼光谱是一种用于分析和表征物质的非常有用的光谱技术。
它是由印度物理学家拉曼于1928年发现的一种光谱现象，得到了他1929年的诺贝尔物理学奖。
拉曼光谱可以提供有关分子的振动和转动状态的信息，从而提供了一种独特的表征物质的方法。
由于其非侵入性、高灵敏度和无需样品准备的特点，拉曼光谱广泛应用于化学、生物、材料科学等领域。
第二步：理解拉曼光谱中的特征峰拉曼光谱中存在一些称为特征峰的峰值，它们对于表征分子的不同结构和化学键是特别敏感的。
这些特征峰往往是由于分子内部振动模式引起的。
当激发光与样品中的分子相互作用时，分子会吸收光子的能量并发生振动。
这些振动引起了拉曼散射光的频率和能量的改变，这些改变在拉曼光谱中以特征峰的形式显示出来。
每个特征峰对应着特定的化学键或官能团。
第三步：了解拉曼光谱特征峰的重要意义拉曼光谱特征峰的位置、形状和强度可以提供大量有关物质的信息。
首先，它们可以用于分析、鉴定和鉴别化合物。
由于不同的化学键具有特定的振动频率和能量，拉曼光谱特征峰的位置可以用于确定物质的成分和结构。
其次，拉曼光谱特征峰的形状和强度可以反映物质的环境和相互作用。
例如，溶液中的特征峰可能与气态或固态样品中的特征峰有所不同。
因此，拉曼光谱特征峰可以用于研究物质的相变、动力学过程和相互作用等。
此外，拉曼光谱特征峰还可以用于研究生命科学领域的蛋白质、DNA等生物大分子，具有重要的生物医学应用前景。
第四步：查阅相关文献了解拉曼光谱特征峰要了解拉曼光谱特征峰，最重要的一步是查阅相关文献。
在学术数据库（如Google Scholar、Web of Science等）上搜索“拉曼光谱特征峰”或“Raman spectroscopy characteristic peaks”可以找到大量相关研究。
h-bn的拉曼光谱
h-bn的拉曼光谱
《h-BN的拉曼光谱》
二硼化氮（h-BN）是一种具有独特性质和应用前景的二维材料，因此对其性质的研究变得越
来越重要。
其中，拉曼光谱是一种非常有效的研究材料性质的工具，因此对h-BN的拉曼光谱
进行研究可以为其应用提供重要的信息。
h-BN的拉曼光谱在不同频率下呈现出不同的特征峰，这些特征峰对应着材料中的振动模式。
其中，h-BN的拉曼光谱通常包括E2g模式、A1g模式和B2g模式等。
这些模式对应着材料晶
格的振动和原子的相对位移，因此可以通过拉曼光谱来了解h-BN晶格的结构和性质。
通过研究h-BN的拉曼光谱，可以得到关于其结晶特性、晶格振动和电子结构等方面的信息。
这些信息对于深入理解h-BN的性质和应用具有重要的意义。
同时，拉曼光谱也可以对h-BN
材料的质量和纯度进行评估，从而为其在材料科学和纳米技术等领域的应用提供基础支撑。
总之，h-BN的拉曼光谱是研究和应用该材料的重要手段之一，通过对其拉曼光谱的深入研究，可以为其应用提供重要的支持和指导，同时也可以为材料科学领域的发展做出重要贡献。
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暋暋文章编号:
1007灢4627(2011)02灢0209灢06
Kr离子注入SiC的拉曼光谱研究*
徐超亮1,2,张崇宏1,李炳生1,张丽卿1,杨义涛1,2,韩录会1,2,贾秀军1,2(1中国科学院近代物理研究所,甘肃兰州730000;2中国科学院研究生院,北京100049)
摘暋要:应用拉曼光谱研究了5MeVKr离子(注量分别为5暳1013,2暳1014,1暳1015ions/cm2)
室
温注入6H灢SiC单晶及其高温退火处理后结构的变化。研究表明,注入样品的拉曼光谱中不仅出现了Si—C振动的散射峰,还产生了同核Si—Si键和C—C键散射峰。Si—C散射峰强度随退火温度升高而增强,当退火温度高达1000曟时,已接近未辐照SiC的散射峰强度。晶体Si—Si键散射峰强度随退火温度变化不大,而非晶Si—Si键散射峰强度随退火温度的增加逐渐消失。相对拉曼强度(RelativeRamanIntensity,简称RRI)随注量的增加逐渐减小并趋于饱和,且不同退火温度样品
的饱和注量不相同;RRI随退火温度的增加逐渐升高,这在低注量样品中表现得尤为明显。低、中、高3种注量样品的RRI随退火温度的增加从重合逐渐分离,并且退火温度越高,分离越大。关键词:6H灢SiC;离子注入;拉曼光谱;相对拉曼强度
中图分类号:O433.4;O472+.3;O77+4暋暋暋文献标识码:A
1暋引言
SiC具有禁带宽度大、击穿电压高、热导率高、
电子饱和漂移速度大和介电常数小等诸多特性,在高温、高频和大功率半导体器件领域得到广泛应用,被誉为有巨大前景的第三代半导体[1-2]。在
SiC器件工艺中,由于杂质在SiC中的扩散系数很
小,通过热扩散工艺掺杂需要极高的温度(甚至高达2000曟[3]
)。所以离子注入被认为是一种可行的
掺杂工艺技术,但是离子注入将不可避免地在SiC表面及其内部引入大量的缺陷,使其性能受到很大的影响。所以注入后需要高温退火,使受损的晶格得到一定程度的恢复。因此,对离子注入后产生的缺陷与注量和退火温度关联性的研究对SiC器件的制造与应用具有重要的现实意义。另一方面,由于SiC优越的高温力学性能、高温化学惰性、低放射感生性和低中子俘获截面,使SiC非常适合于在先进核反应堆和核废料处理等高
温强辐射的苛刻环境中使用[4-5]。在这种环境中,
原子核衰变或核嬗变将不可避免地在SiC材料中引入重惰性气体原子。所以对重惰性气体离子导致的缺陷的研究将有助于解决SiC材料在实际辐照环境中性能和结构变化的问题。前人的大量工作都是关于较轻惰性气体离子(主要是He)注入
SiC
后的气泡形成、缺陷扩散和
注入SiC的尺度效应等展开的[1-2,5],但是对重惰
性气体离子注入SiC后的退火效应与缺陷演化方面却少有研究。相对于He注入,重惰性气体离子注入将在材料中产生更多的原子离位损伤。所以,本文以重惰性气体离子Kr辐照SiC实验为起点,研究辐照后在不同退火温度下拉曼光谱中相关振动峰与相对拉曼强度的变化以及由此反映出的缺陷演化规律。拉曼光谱是一种无损检测方法,能够探测化学键及其应力变化。离子注入SiC后影响其Si—C键散射峰的位置和强度,同时还会产生新的散射峰,因而可以通过分析拉曼散射峰的位置、强度、宽度和移动等参数分析SiC的晶型、损伤变化。
暋第28卷暋第2期原子核物理评论Vol灡28,No.2暋暋2011年6月NuclearPhysicsReviewJune,2011暋
*收稿日期:2010灢09灢07;修改日期:2010灢10灢24
暋暋*暋基金项目:国家自然科学基金资助项目(10575124,10979063)暋暋暋暋作者简介:徐超亮(1984-),男(汉族),内蒙古阿拉善盟人,硕士研究生,从事离子注入与材料改性研究;E灢mail:chaoliangxu@impcas.ac.cn2暋实验过程
实验样品为研究级别的单晶6H灢SiC(由美国
CREE公司生产),厚度为0.267mm,n型N掺
杂,表面位于(0001)晶面。Kr离子(84Kr19+)注入
实验是在兰州重离子加速器国家实验室ECR离子源320KV高压平台上完成的。注入离子的能量为5MeV,离子束流强为3.7毺A,真空度优于8暳
10-4Pa,室温注入,注量分别为5暳1013,2暳1014
和
1暳1015ions/cm2
。用蒙特卡罗模拟程序
SRIM2006[6]模拟,取SiC的密度为3.21g/cm3,C和Si的临界离位阈能分别为20和35eV[7-8]
,得到
对应的离位损伤峰值分别为0.08,0.32和1.5dpa(displacementperatom),Kr
原子百分浓度峰值分
别为0.0011%,0.0043%和0.022%,最大损伤峰
距表面1600nm,离子浓度分布峰值距表面1800nm。图1给出了SRIM2006给出的在SiC中注入
2暳1014ions/cm2后Kr原子浓度与损伤随深度的分
布。注入后样品在真空中退火处理,将每种样品切为4小块,其中3块在500,700,1000曟中退火,退火时间为60min,真空度优于1暳10-3Pa。
图1SRIM2006模拟得到的SiC中注入5MeV2暳1014
ions/cm2后损伤与Kr原子浓度随深度的分布
拉曼散射分析是在中国科学院苏州纳米技术和纳米仿生研究所分析测试平台完成的,所用仪器为HR灢800共聚焦拉曼光谱仪,实验配置为背向散射,
激光功率为10mW,激发波长为633nm,光斑尺
寸小于2毺m,光谱分辨率为0.65cm-1
,测量范围
为100—1800cm-1
。
3暋实验结果与分析
3.1暋拉曼光谱各个峰随退火温度的变化
图2给出了未辐照SiC和SiC中注入2暳1014
ions/cm2后的拉曼光谱图。6H灢SiC属于C6v对称的
纤锌矿结构,其拉曼振动模式为A1(主轴振动)、E1
和E2(二次简并振动)[9]。表1给出了未辐照6H灢
SiC中测得的拉曼散射峰及其对应的振动模式,各
振动模式所对应的拉曼散射峰已在图2中标出。
表1暋6H灢SiC中测得的拉曼散射峰及其对应的振动模式拉曼散射峰/cm-1
振动模式
1492E2,横向声学模(TA)266E2,横向声学模(TA)5052A1,纵向声学模(LA)767E2,横向光学模(TO)789E1,横向光学模(TO)966A1,纵向光学模(LO)
从图2中可以看出,注入未退火样品的2E2
(TA),E2(TA),2A1(LA)已经完全消失,E1(TO)
和E2(TO)完全重叠,并和A1(LO)一样,只呈现
出一个较宽的拉曼带;而在200,260,540和600cm-1处显现出4个新的峰(根据前人的研究结果,
图2空白SiC和室温下注量为2暳1014ions/cm2的SiC样品退火后的拉曼光谱图退火温度分别为:未退火(RT),500,700和1000曟。
拉曼线移为200,260,540和600cm-1的散射峰分别为晶体Si(TA)、非晶Si(LA+LO)、晶体Si(TO)和无序SiC的散射峰[10-13]),这说明室温注
·012·原子核物理评论第28卷暋入后原本的晶体SiC结构已经发生变化;C—Si键部分被打断,发生分解,产生了同核Si—Si键振动,SiC无序度增大。随着增加退火温度(从500曟至700曟),拉曼线移为200,260和540cm-1的散射峰基本没变化,而600cm-1的散射峰消失;同时原本消失的2E2(TA),E1(TO),E2(TO)和A1(LO)的振动峰重新出现。这是由于在高温退火过程中,原本注入产生的缺陷(间隙原子,空位等点缺陷)迁移率增加,点缺陷的移动将导致自身的湮灭或成簇;原本离位的Si,C原子经扩散、复合和演化逐渐归位,导致局域缺陷密度降低和非晶区的外延再结晶,直接使区域无序度降低。这与Zhang等[7]和Weber等[14]得出的结论一致。在1000曟退火时,晶体Si—Si键散射峰(200和540cm-1)无变化,而非晶Si—Si键散射峰(260cm-1)消失;TO和LO振动模所对应的峰已接近未辐照样品的散射峰,表明大多数缺陷已恢复,但由于存在一些稳定缺陷,导致拉曼强度仍然小于空白样品值。在图3的二阶拉曼谱中可以发现,随着退火温度的增加,1420cm-1(C—C振动峰[15])的散射峰强度逐渐减图3注量为2暳1014ions/cm2的SiC样品退火后的拉曼光谱图退火温度分别为:未退火(RT),500,700和1000曟。弱,而1516和1614cm-1(晶体SiC的二阶散射峰[16])的散射峰强度逐渐增强。这说明,重离子辐照SiC导致Si—C键断裂,产生了同核的C—C键振动,而1000曟退火可以将辐照产生的C—C键逐步消除,并使损伤晶体结构得到很大程度的恢复。离子辐照晶体SiC的拉曼光谱在Si—C振动区(600—1000cm-1),Si—Si振动区(100—600
cm-1),C—C振动区(1000—1600cm-1
)中出现了
许多新的振动带,产生同核的Si—Si键和C—C键振动。对于Si—Si振动,这主要是由于离子注入导致的晶格原子替代,形成了新的四面体结构[17];对
于C—C振动主要是C间隙子和C原子的反位缺陷的积累造成的[10,18]。在Si—Si振动带内,随退火温度的升高至1000曟,非晶Si—Si振动峰(260
cm-1)逐渐消失,而晶体Si—Si振动峰(200和540cm-1)却没有变化,这说明离子注入SiC后产生的
非晶Si—Si键振动经退火作用可以消除,而晶体Si—Si键振动则比较稳定,在1000曟时还无法消
除。但是Feng等[3]的研究表明,晶体Si—Si振动在1550曟退火后是可以消除的[3]。在C—C振动带内,位于1420cm-1的散射峰为C原子sp2振动的D
带[19-20]。Sorieul等[10]认为D带常在无序结构中观察到,所以1420cm-1散射峰的出现说明SiC晶体中产生了无序的C—C键。不过在图2中C—C振动并不明显,只能在图3的二阶拉曼光谱中观察到。事实上,离子辐照SiC样品后所产生的缺陷中,由于C的迁移能最小,Si的相对较大(C间隙子的迁移能为1.29eV,C空位的迁移能为2.61eV,Si
间隙子迁移能为4.12eV,Si空位迁移能为2.72eV[21]),C的子晶格的恢复相对比较容易,故在拉
曼光谱中C—C振动比较弱。3.2暋相对拉曼强度
图4给出了相对拉曼强度(RelativeRamanIn灢
tensity,简称RRI)随注量(损伤)的变化曲线。相对
拉曼强度是注入样品中某一散射峰的拉曼强度与未辐照样品中相对应峰拉曼强度的比值。本实验选取比较明显的767,789和966cm-13个峰并取平均,其中,点(0,1)表示未辐照SiC的相对拉曼强度。由图4可以看出,注入未退火样品的RRI值在最低注量时就几乎为零,并且随注量的增加无明显变化,已趋于饱和;500和700曟退火样品的RRI