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同一片二维半导体，显微镜下看起来可能很均匀，光谱却会告诉我们：不同位置的层数、发光、应变和缺陷状态并不一定相同。要把这些差异真正“看见”，往往需要把 Raman、PL 与 Mapping 放在同一套分析框架中。从“看见样品”到“读懂样品”

MoS₂、WS₂ 等过渡金属硫族化合物可以被制备成单层或少层结构。厚度降到原子尺度后，材料的能带、晶格振动和光学响应会随层数发生明显变化。对研发人员而言，研究的问题也随之从“样品有没有长出来”升级为“哪一片区域是单层、均匀性如何、局部是否存在异常、这些异常可能来自哪里”。

普通光学显微镜适合快速观察轮廓、颜色和宏观缺口，但很多微观差异并不会直接表现为肉眼可见的形貌变化。微区光谱测试的价值，是把激光聚焦到微米尺度，用材料与光相互作用产生的信号，反推其结构和光学状态。

图1 二维半导体的原子层结构与微区差异示意

激光照射材料后，大部分光会以原来的能量散射，只有很小一部分会与晶格振动交换能量，形成 Raman 散射。光谱中峰出现的位置对应特定振动模式，峰位、峰强和峰宽则会随着层数、应变、掺杂、温度、缺陷和衬底耦合而变化。

以 MoS₂ 为例，常用的两个一阶 Raman 模式是面内振动 E¹₂g 与面外振动 A₁g。两者的峰位差常被用于辅助判断层数，但真实样品受到生长工艺、衬底和测试参数影响，不能只凭一个差值就做绝对结论。

PL：看见电子复合时发出的光

PL是光致发光。材料吸收激光后，电子被激发到较高能级，随后与空穴复合并发出光。单层 MoS₂ 由间接带隙转变为直接带隙，通常会表现出更明显的发光响应，这也是 PL 被广泛用于二维半导体表征的重要原因之一。[1]

不过，PL强度并不只由层数决定。缺陷态、载流子浓度、衬底介电环境、应变、激光功率和局部污染都可能改变峰强、峰位与峰形。因此，看到“更亮”不能直接等同于“质量更好”，看到“更暗”也不能立即判定为“质量更差”。

图2 Raman 与 PL 关注的物理过程及常见输出参数

为什么两种方法要联合使用

Raman偏向结构与晶格振动信息，PL偏向电子跃迁和发光响应。两种信号若在同一位置出现协同变化，往往能提高解释的可信度；如果变化趋势并不一致，也可能提示掺杂、衬底、缺陷或局部工艺差异正在发挥作用。

更进一步，当 Raman

和 PL 都被扩展为 Mapping 扫描后，测试结果不再是一条曲线，而是一组与空间坐标对应的参数图。研究人员可以直接比较中心与边缘、覆盖区与缺口区、正常区与异常区，为后续工艺优化确定重点位置。

联合测试的核心不是简单增加两张谱图，而是让结构信息、发光信息和空间位置彼此对应。只有明确每条光谱来自哪里，才能把局部异常与真实样品位置连接起来。

拉曼回答“晶格怎样振动”，PL回答“材料怎样发光”，Mapping回答“这些差异发生在哪里”。三者共同构成二维半导体微区评价的基础框架。

下期预告｜下一篇将从一张光谱曲线出发，讲清峰位、峰强、半高宽和红移/蓝移分别意味着什么。

图注

图1 二维半导体的原子层结构与微区差异示意。来源：足球雷速比分根据公开文献整理绘制，结构与层数关系参考文献[2]。

图2 Raman散射与光致发光的物理过程及常见分析参数。来源：足球雷速比分原创绘制，相关物理原理参考文献[1—2]。

[1] Mak K. F., Lee C., HoneJ., Shan J., Heinz T. F. Atomically Thin MoS₂: A New Direct-Gap Semiconductor. PhysicalReview Letters, 2010, 105: 136805.

[2] Lee C., Yan H., Brus L.E., Heinz T. F., Hone J., Ryu S. Anomalous Lattice Vibrations of Single- andFew-Layer MoS₂. ACS Nano, 2010, 4(5): 2695–2700.