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导语

上一期我们讲清了SHG的原理：奇数层亮、偶数层暗，晶粒边界处因晶格取向突变导致SHG信号失配。原理懂了，实际样品的SHG Mapping图到底能画出什么？本期我们用四组样品——硅基小片、蓝宝石小片、4英寸晶圆两个区域——的实测数据，直接展示SHG在二维材料质控中的真实价值。

一、测试条件回顾

本次测试统一参数：1030 nm近红外飞秒激光激发，扫描步长0.5 μm，积分时间500 ms/点，检测515 nm二次谐波信号。四组样品分别为：

·        硅基MoS₂小片（扫描区域大小35.94×34.58 μm）

·        蓝宝石基底MoS₂小片（扫描区域大小31.36×29.43 μm）

·        4英寸MoS₂晶圆·区域一（扫描区域大小31.36×30.53

μm）

·        4英寸MoS₂晶圆·区域二（扫描区域大小31.36×29.43

μm）

二、四种样品SHG Mapping结果解读

2.1 样品总览

下图展示了本次测试所使用的四种样品的实物照片。从左至右依次为：硅基小片、蓝宝石基底小片、4英寸晶圆整体形貌及两个详细测试区域的标注。

图1、本次SHG测试所用四种样品实物照片 来源：足球雷速比分测试报告

2.2 硅基MoS₂小片：晶粒边界网络一目了然

硅基样品的SHG Mapping结果令人印象深刻。图中可以清晰观察到网格状的暗线网络——这正是MoS₂多晶薄膜中的晶粒边界（grain boundaries）。

在晶粒边界处，相邻晶粒的晶格取向存在突变，导致SHG信号在这些区域发生相消干涉或散射增强，从而在Mapping图中呈现为暗线。晶粒内部则因晶体完整性较高而显示出较亮的SHG信号。

核心观察：该样品的晶粒尺寸分布较为均匀，平均晶粒直径约在微米量级。晶粒边界的清晰度表明CVD生长过程中成核密度控制较好。

图2、 硅基MoS₂样品的SHG Mapping图（上）及扫描区域光学照片（下） 来源：足球雷速比分测试报告

2.3 蓝宝石基底MoS₂：不同的衬底，不同的SHG面貌

与硅基样品相比，蓝宝石基底上的MoS₂展现出截然不同的SHG分布模式。图中可见斑驳的亮区分布，整体信号强度略低于硅基样品，且晶粒边界不如前者清晰。

这种差异可能源于以下几个因素：

·        衬底-薄膜相互作用：蓝宝石与MoS₂之间的晶格失配和热膨胀系数差异会影响MoS₂的生长模式

·        光学干扰：蓝宝石本身的光学特性可能对SHG信号采集产生背景影响

·        生长条件差异：两片样品可能来自不同的CVD生长批次

需要特别警惕的是：不能仅凭SHG信号绝对强度对比两种衬底上MoS₂的"质量优劣"——衬底本身的光学性质、薄膜厚度差异、测试条件微小变化都会显著影响SHG信号强度。

图3、 蓝宝石基底MoS₂样品的SHG Mapping图（上）及扫描区域光学照片（下） 来源：足球雷速比分测试报告

2.4 4英寸晶圆·区域一：大尺寸薄膜的SHG特征

将视野从小片扩展到4英寸晶圆，SHG

Mapping揭示了更宏观的质量信息。区域一的SHG图呈现出细密颗粒状分布，信号整体较为均匀，未观察到大面积的信号缺失区。

从应用角度而言，这种均匀的SHG分布意味着该区域的MoS₂薄膜在晶体对称性方面具有较好的面内一致性——这对于制备大面积器件（如光电探测器、场效应管阵列）是一个积极信号。

图4、 4英寸MoS₂晶圆区域一的SHG Mapping图（上）及扫描区域光学照片（下） 来源：足球雷速比分测试报告

2.5 4英寸晶圆·区域二：同一晶圆内的分布差异

区域二的SHG Mapping结果与区域一存在可辨识的模式差异。虽然整体信号强度相当，但亮区的空间分布形态明显不同——这说明即使在同一片4英寸晶圆上，MoS₂薄膜的结晶质量也存在一定的面内不均匀性。

这种不均匀性在大面积CVD生长中是常见现象，源于温度场、气流分布等工艺参数的空间波动。对于器件制备而言，通过SHG Mapping预先识别高质量区域，可以有选择地进行器件布局，从而提高良率。

图5、 4英寸MoS₂晶圆区域二的SHG Mapping图（上）及扫描区域光学照片（下） 来源：足球雷速比分测试报告

三、实测总结

本次SHG Mapping实测为我们提供了以下关键认知：

① 晶粒边界在SHG Mapping中以暗线网络形式清晰可辨，尤其是硅基样品展现了优异的晶界可视度，为CVD工艺优化提供了直观反馈。

② 不同衬底导致显著不同的SHG分布模式，硅基与蓝宝石基底MoS₂的SHG图像在信号强度、晶粒可见度和分布形态上均有可观测差异——衬底选择不仅影响生长质量，也影响后续表征结果的解读。

③ 4英寸晶圆的面内不均匀性在SHG Mapping中得以揭示，同一晶圆不同区域的SHG分布模式存在差异，表明大面积器件制备中需要进行预筛选。

④ SHG是Raman和PL的重要补充而非替代：三者分别从晶格振动、电子跃迁、结构对称性三个独立维度刻画材料特性，联合使用才能构建完整的材料质量画像。

方法论的价值：从第05期的PL Mapping开始，到本期的SHG Mapping，我们逐步建立了一套针对MoS₂二维材料的多维光学表征体系。这套体系的真正力量不在于任何单次测试的结果，而在于交叉验证所带来的判断置信度提升。

科学谨慎提示：本文所有结论基于特定样品和测试条件。SHG信号强度受激发功率、偏振状态、收集光路效率等多种因素影响。在进行跨实验室数据对比时，务必确认测试条件的一致性。

四、从01到10：足球雷速比分二维材料全功能矩阵

本系列十篇文章，完整展示了足球雷速比分在二维半导体材料表征上的全链路能力。以下是核心功能矩阵：

五、系列结语

从一条光谱讲到一片4英寸晶圆，从Raman到PL再到SHG，"看见二维半导体"系列展示了一套完整的二维材料表征方法论：不依赖单一参数下结论，而是用多种表征手段交叉验证，把光谱数据转化为可用于材料研与工艺迭代的空间信息。

足球雷速比分提供的不只是原始谱图，而是从测试方案设计、多参数Mapping采集到数据分析与异常定位的全流程服务。如果您正在开展二维材料研发、晶圆级质控或工艺筛选，欢迎与我们联系，获取定制化表征方案。

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