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导语

大面积 CVD 生长二硫化钼（MoS₂）是二维半导体产业化核心材料，但整片薄膜发光均匀性一直是量产质控痛点。 本次我们取15×15 mm 蓝宝石基底单层 MoS₂薄膜，用 532nm 激光完成全域 PL Mapping 扫描，把峰强、峰位、半高宽全部转化二维空间分布图，直观拆解薄膜中心、边缘、左右区域的发光性能差异。

测试基础：样品与实验条件

测试对象：15×15 mm 蓝宝石衬底MoS₂薄膜

测试条件：532 nm 激发激光、激光功率 30 mW、PL 积分时间 0.5 s，全域 Mapping 扫描，本文所有分析结论仅适用于该样品与本次测试设置。

二维 MoS₂材料厚度极薄，采集到的 PL 光谱是薄膜与蓝宝石衬底发光信号的叠加。实测光谱中可观测 634.8 nm、688.9 nm 两组 MoS₂特征发光带，同时存在尖锐的蓝宝石衬底特征峰，数据分析时需区分两类信号。

图1 参考文献的 MoS₂ PL 光谱

左图为 1~3 层 MoS₂标准 PL 光谱，层数越高 A 峰强度越弱；右图为 532nm 激发下裸蓝宝石衬底和生长 MoS₂样品的 PL 对比，尖锐尖峰为蓝宝石衬底本征发光信号。  

图2 15×15 mm样品典型PL光谱 

图2是本次测试532 nm 激发下样品的单点 PL 光谱，纵坐标为 PL强度；634.8 nm、688.9nm 是MoS₂特征发光峰，图内尖锐窄峰全部来自蓝宝石衬底基底。根据光谱强度推测该样品为单层 MoS₂薄膜。

全域汇总光谱：先锁定整片基础稳定性

我们将 Mapping 上万条单点光谱叠加为全域汇总光谱，一次性判断整片薄膜发光覆盖情况：

1. 580~790nm 区间内，仅 634.8nm、688.9nm 两处稳定出现 MoS₂特征峰，其余波段无有效发光信号；
2. 全扫描点位均能检出两组特征峰，不存在大面积无信号缺陷区；
3. 快速筛选偏离主流信号的离群光谱，精准锁定高缺陷区域；
4. 量化整片薄膜峰位漂移范围、峰形波动幅度，给均匀性评估定量化依据。

图3 全域PL汇总光谱

该汇总光谱横坐标覆盖 580nm~790nm 波段，全波段内仅 634.8nm、688.9nm 两处存在明显 MoS₂发光峰，其余波长区间无有效发光信号。上万条扫描光谱叠加后可直观判断整片薄膜发光稳定性。

峰强Mapping：边缘≠高质量，两组发光不同步

对 634.8 nm、688.9 nm 双特征峰分别做强度空间分布，出现统一又分化的规律：

统一现象

样品边缘区域发光强度普遍高于中心

分区差异化表现

1. 634.8 nm（左侧激子峰）：样品中心左半区峰强偏高，右半区明显偏弱；
2. 688.9 nm（右侧激子峰）：整片中心区域整体发光强度偏低。

核心警示

不要简单判定 “边缘峰强高 = 薄膜质量更好”，PL 峰强受多重因素耦合影响：薄膜覆盖率、晶粒尺寸、局部掺杂、衬底光学干涉、表面吸附、激光聚焦状态等。

两组特征峰强度分布完全不同步，直接证明薄膜内部存在多套独立调控发光性能的物理机制，单点光谱无法代表整片品质。

图4 峰强与峰位Mapping分布

图片从左至右依次为：634.8nm 左侧峰强分布、634.8nm 左侧峰位分布、688.9nm 右侧峰强分布、688.9nm 右侧峰位分布；每张分布图下方附带横向截面强度变化曲线。 规律总结：两个特征峰的峰强均呈现边缘更强的特征；左侧峰强在样品中心区域左半高、右半低，右侧峰强整体中心偏低；峰位表现统一梯度：样品中间峰位红移、边缘峰位蓝移，波数变化区间约 ±6~8 nm。

峰位 + 半高宽 Mapping：读出薄膜应变与缺陷分布

1. 峰位系统性空间梯度

两片特征峰呈现完全一致的空间偏移规律： 样品中心峰位红移，边缘峰位蓝移，偏移幅度全域可控在 ±6~8 nm，反映整片薄膜存在连续梯度应变场。

2. 半高宽（FWHM）反映发光均一性

半高宽代表发光能量离散程度，直接关联薄膜缺陷、局域应变、晶粒均匀度：

• 共性规律：两组峰均表现为边缘半高宽更窄，边缘发光均一性优于中心；
• 差异特征：634.8nm 左侧峰半高宽由外向内逐步变宽，梯度清晰；688.9nm 右侧峰无稳定渐变趋势，局部起伏幅度更大。

半高宽异常波动来源：薄膜高密度局域缺陷、非均匀应变，也会受光谱分峰拟合、信噪比干扰，必须结合原始单点光谱交叉验证，避免单一 Mapping 误判。

图5 两组峰半高宽Mapping分布

左图为 634.8 nm 左侧特征峰半高宽空间分布，右图为 688.9 nm 右侧特征峰半高宽分布；两张图下方均附带横向截面半高宽变化曲线。 规律总结：两组特征峰均表现为边缘区域半高宽数值更小；右侧 688.9nm 峰的半高宽整体起伏幅度更大，不存在左侧峰那种从外到内逐步变宽的稳定梯度。

实测总结：PL Mapping 是二维薄膜质控刚需

1. 大尺寸单层 MoS₂天然存在发光空间不均，中心、边缘、左右分区的峰强、峰位、半高宽差异显著，单点测试无法代表整片薄膜品质；
2. 通过文献光谱对标 + 单点 PL + 全域 Mapping 成套方案，可完全分离 MoS₂本征发光与蓝宝石衬底干扰信号，消除基底带来的数据误差；
3. 空间分辨 PL Mapping 可精准定位高缺陷、高应变区域，为薄膜层数、应变、缺陷的深度分析锁定观测重点，是二维材料量产出厂质控、工艺迭代评估必不可少的表征手段。

下期预告｜下一篇我们将使用同一片样品开展 Raman Mapping 分析，解读特征峰间距对应的薄膜层数信息，以及局部区间反映的薄膜应变状态，敬请关注。

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