显微拉曼光谱法对多孔硅热导率的研究
显微共聚焦拉曼光谱
显微共聚焦拉曼光谱
显微共聚焦拉曼光谱（confocal Raman spectroscopy）是一种分析技术，它可用于诊断某一物质的成分，以及检测生物材料表面的化学成分。
它利用共聚焦拉曼散射（CRDS）技术，将激光束集中到采样表面上。
此技术不仅可用于研究三维物体的化学结构，而且可以用于构建显微共聚焦图像，并研究表面的化学成分分布。
显微共聚焦拉曼光谱通常由四个主要组成部分组成，分别是激光源、光学系统、数据收集系统和分析系统。
激光源将激光束集中到指定的采样表面上，而光学系统可以调节激光束的尺寸和强度，从而获得良好的数据质量。
数据收集系统通过一个光电探测器来获取扫描区域的拉曼信号，而分析系统则通过计算机程序对这些信号进行分析。
显微共聚焦拉曼光谱技术使科学家可以以更快的速度来进行复杂物质的密度动力学研究，并获得更清晰的结构信息。
它是实现多尺度研究的重要工具，将大尺度的性质（包括多维表面分布）与小尺度的性能（包括原子结构）结合起来。
显微共聚焦拉曼光谱可以迅速地获取表面化学结构和缺陷的扫描，因此可以有效地消灭大量的假设并准确的引导实验研究。
多孔硅的电化学制备与研究
谱仪对 不 同孔 隙率和 厚度 的多孔 硅样 品进 行 了导热 率
测定 。
３ 结 果 与 讨 论
３ １ 多孔硅孔 隙 率的研 究 ． ３ １１ 腐蚀 时间对 孔 隙率 的影 响 ．． 孔 隙率 是 指多 孔硅 中孔隙体 积 占被腐 蚀 区域 总体
积 的百分 数 。根据这 个 定义 ， 隙率 应该 表示 为 ： 孔
Ｃ ｎ ａ 妇 １９ ａ ｈ ｍ［ 于 ９ ０年 首次 报道 了 多孔 硅在 室 温下 可 以
采用德 国产 的 Ｄ ＫＴＡＫ ３３ Ｅ ００型表面 轮廓仪测 试
了多 孔硅 的厚 度 ； 用 Ｎａ ｏ ｃ ｐ 使 ｎ Ｓ ｏ ｅ＠ Ｉ ａ型 原 子 力 显 ｌ ｉ
微镜 （ Ｍ） ＡＦ 对多 孔硅 表 面形 貌 进 行 了观 察 和分 析 ； 采
成 ， 现一种海 绵状结 构 ， 种 多孔 硅 可 由低 掺 杂 的 ｎ 呈 这 型和 Ｐ型硅在 一定 光照条 件下 获 得 。 ］
・
体积 。作 为 同一 种材 料 的硅 ， 的 密度是 一个 定值 ， 硅 所
以体 积 比可 以转化 成 质 量 比。设 。 腐蚀 前 硅 片 的 为
多孔硅具有高电阻率 、 低的热导率 （ 内 部 表 面 积 可 达 、 纳 Ｌ
（） ２
７ １ 一 ｎ
２ 实 验
２ １ 多 孔硅 的电化 学制 备 ．
图 １为不 同腐 蚀 电流 条件 下 多孔硅 孔 隙率和 腐蚀
本 实验采 用 的硅 片 参 数 为 Ｐ １０ 单 晶硅 片 ， ＋（０ ） 其 厚度 为 ３０ － ２ｇ 电阻 率 为 （ ～２ ×１ ｎ ・ｃ ８ ￣ ４０ ｍ， ， １ ） ０ ｍ。 实验前 对硅 片进 行 预处 理 ； 先 将 硅 片 放 人 配 制好 的 首
多孔硅纵向孔隙率与残余应力分布的研究
应力减小为零 ， 近硅一侧 ， 靠 转变为压应力 ； 残余应力 的最大值 出现在临近多孔硅表 面以下 的区域 。这主要与多孔
硅 制 备 过 程 中 孔 内 ＨＦ酸浓 度 的 降低 和 硅／ 解 液 表 面 的 电 偶层 有关 。 电 关 键 词 ： 孔 硅 ； 余 应 力 ； 拉 曼 光 谱 ； 电 子 机 械 系 统 多 残 微 微
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔｈ ｏ ｏ ｓ ｓ ｌ ｏ ｒ ｒ ｐ ｒ ｄ ｏ ｉ ｈ ｙ ｄ ｐ ｄ ｐ ｔ ｐ ｉ ｃ ｎ（ ０） ｗａ ｅ ｓ ｎ ｌ ｃ ｒ ｃ ｅ ｃ ｌ ｓｒ ｃ ： ｅ ｐ ｒ ｕ ｉ ｃ ｎ ｗｅ ｅ ｐ ｅ ａ ｅ ｎ ｈ ｇ ｌ ｏ ｅ －ｙ ｅ ｓｌ ｏ １ ｉ ｉ ０ ｆｒ ｕ ｉ ｇ ｅ ｅ ｔ ｏ ｈ ｍｉａ ｅｃ ｉｇ ｔｈ ｎ ．Ｔｈ ｏ ｏ ｉｙ ｉ ｄ ｔ ｒ ｎ ｄ ｇ ａ ｉ ｔ ｉａｌ ｙ ｗｅｇ ｔ ｏ ｓａ ｔｒａ ｏ ｉａ ｉ ｎ ａ ｄ ｓ ｒｐ ｉ ｇ ｉ ｉ ｔ ｅ ｐ ｒ ｓｔ ｓ ｅ ｅ ｍｉ ｅ ｒ ｖ ｍｅ ｒｃ ｌｙｂ ｉ ｈ ｓ ｆ ｎ ｄ ｚ ｔ ｎ ｔｉ ｐ ｎ ｄｌ ｅＫＯＨ Ｏ ｌ ｅ ｏ ｎ ｕ Ｓ— ｌ ｔ ｎ ，ａ ｄ ｔ ｅ ｒ ｌ ｔ ｎ ｏ ｏ ｏ ｉｙ ａ ｄ ｅ ｃ ｉ ｇ ｄ ｐ ｈ ｗａ ｔ ｄ ｅ ｕ ｉ ｓ ｎ ｈ ｅ ａ ｉ ｆ ｐ ｒ ｓｔ ｎ ｔ ｈ ｎ ｅ ｔ ｓ ｓ ｕ ｉｄ，ｒ ｓｄ ａ ｓ ｒ ｓ ｓ ｍｅ ｓ ｒ ｄ ｂ ｉｒ — ｍａ ｏ ｏ ｅ ｉ ｕ ｌ ｔ ｅ ｓ ｗａ ａ ｕ ｅ ｙ Ｍ ｃ ｏ Ｒａ ｎ ｓ ｅ ｔｏ ｃ ｐ ｌ ｎ ｒ ｓ — ｅ ｔ ｎ ｐ ｃ ｒ ｓ ｏ ｙ ａｏ ｇ ｃ ｏ ｓ ｓ ｃ ｉ ．Ｔｈ ｅ ｕｔ ｈ ｗ ｈ ｔｔ ｅ ｐ ｒ ｓｔ ｆｐ ｒ ｕ ｉ ｃ ｎ ｉ ｃ ｅ ｓ ｓ ｆ ｓ ｌ ｎ ｈ ｎ ｄ — ｏ ｅｒ ｓ ｌｓ ｓ ｏ ｔ ａ ｈ ｏ ｏ ｉｙ ｏ ｏ ｏ ｓ ｓｌ ｏ ｎ ｒ ａ ｅ ｉ ｔｙ ａ ｄ ｔ ｅ ｅ ｉ ｒ
激光显微共聚焦拉曼光谱
激光显微共聚焦拉曼光谱激光显微共聚焦拉曼光谱技术（Confocal Raman Microspectroscopy，CRS）是一种非侵入性、无需标记的成像技术，可以利用激光来获取材料的化学信息和结构信息。
本文将从技术原理、仪器构造和应用领域等方面详细介绍激光显微共聚焦拉曼光谱技术。
第一部分：技术原理激光显微共聚焦拉曼光谱技术结合了显微成像和拉曼光谱技术。
首先，使用激光来照射样品，激发样品中分子的振动模式产生拉曼散射光。
然后，收集和分析样品中散射光的拉曼光谱。
拉曼光谱是一种通过测量由样品散射的光的频移来获得材料的化学信息的技术。
在拉曼光谱中，散射光的频移与样品分子的振动模式有关，可以提供关于分子结构、化学键和晶体结构等信息。
共聚焦成像技术用于克服拉曼光谱技术的分辨率限制。
传统的显微镜成像受到衍射极限的限制，分辨率无法超过几百纳米。
共聚焦显微镜利用光斑的缩小和光学孔径的有效利用来提高分辨率。
通过选取适当的光斑和孔径，可以将成像分辨率提高到亚微米乃至纳米级别。
第二部分：仪器构造激光显微共聚焦拉曼光谱仪主要由激光器、激光束分离器、物镜、共聚焦成像系统和光谱仪等组成。
激光器是仪器的电源，产生可以用于激发样品的激光束。
激光束分离器用于将激光束分成两部分，一部分用于激发样品，另一部分用于共聚焦显微成像。
物镜是共聚焦成像系统的核心部分，通过聚焦样品上的激光光斑来获取高分辨率的成像。
共聚焦显微成像系统通过探测光斑的反射光或透射光来构建样品的显微图像。
光谱仪用于分析样品中散射光的拉曼光谱。
第三部分：应用领域激光显微共聚焦拉曼光谱技术在材料科学、生物医药、环境监测等领域都有广泛的应用。
以下列举几个典型的应用案例。
1. 材料科学：激光显微共聚焦拉曼光谱能够提供材料的化学成分和结构信息，可以用于材料的鉴定和表征，如纳米材料、涂层薄膜、纤维材料等。
2. 生物医药：激光显微共聚焦拉曼光谱技术可以用于细胞和组织的非侵入性成像，提供关于细胞结构、代谢过程和疾病诊断的信息，如肿瘤的早期诊断和药物递送系统的评价等。
多孔硅层孔隙率对其热绝缘性能的影响
ｔ ｙ．ｔ ｅ ａ ｓ ｌ ｔ ｎ ｌ ｙ ｒ ｈ ｒ ｌｉｏ 制 备 并 报 道 了 多孔 硅 （ ｏｏ ｓｓ ｉ ｎ ９６ ｌｃ ｒ Ｐ ｒｕ ｉｃ ， ｌｏ
的热导系数值大很多 ， 以整 个多孔 硅的热传 导主要集 中在硅 所 微 晶部分 。多孔硅的热导系数值可 以表示为 ：
备 多孔硅 。采 用微拉 曼光谱法对 多孔硅的热导 系数 进行 了测量 ， 结果表 明 ， 多孔 硅 的热导 系数 随其孔 隙率的增 大而
明显下降， 实验 中热 导 系数 最低 可 达 到 ０ ６４ （ ・ ， 而 通过 降低 热 导 系数使 多孔硅 的 绝 热性 能得 到 了增 强 。 ． ２ Ｗ／ ｍ Ｋ） 从
关 键 词 多孔硅 孔隙率 电化学腐蚀 显微拉曼光谱 热导 系数 绝热层
中 图分 类 号 ： ＴＮ３ ４０ ０．５
文献 标 识 码 ： Ａ
Ｉ ｌ ｅ ｃ ｆ Ｐｏ ｏ ｉｙ ｏ ｅ ｍ ａ ｎｓ ｌ ｔｏ ｏ ｒ ｉ ｓ ｏ ｒ ｕ ｉｉｏ ｎｆｕ ｎ ｅ ｏ ｒ ｓ ｔ ｎ Ｔｈ ｒ ｌＩ ｕ ａ ｉ ｎ Ｐｒ ｐｅ ｔｅ ｆＰｏ ｏ ｓ Ｓ ｌｃ ｎ
ｒｐｄ ｙｗ ｔ ｈ ｃｅ ｓ ｇ ｐ ｒ ｓ ｙ ａ ｄ ｔｅｌｗｅｔ Ｃ ｖ ｌｅ ａ ｅ ｃ ． ２ Ｗ／ ｍ ・Ｋ） Ｓ ｈ ｈ ｒ ａ ｓ ｌｔ ｎ ｏ ａ ｉｌ ｉ ｔｅｉ ｒａ ｉ ｏ ｏ ｉ ，ｎ ｈ ｎ ｎ ｔ ｈ ｏ ｓ Ｔ ａｕ ｎ ｒａ ｈ ０ ６ ４ （ ｃ ，Ｏ ｔ ｅｔｅ ｌ ｎ ｕａｉ ｆ ｍ ｉ ｏ
ＬＩＤｏ ｇ ａ ，Ｈ Ｕ ｉｇ，ＺＨ ＡＮＧ ｅ ，ＣＵ ＩＭ ｅ ｇ ｎ ｈｉ Ｍ ｎ Ｗ ｉ ｎ
（ ｃｏ ｌ ｆ ｌ ｔ ｎｃ ｎ ｎｏｍａｉｎＥ ｇｎｅｉ ， ａｊ ｉ ｒｉ ， ｉ ｊ ０ ０ ２ Ｓ ｈ ｏ ｏ ｅ ｒ ｉ ａ ｄＩｆｒ ｔ ｎ ｉ ｒ ｇ Ｔｉ ｉ Ｕｎｖ ｓ ｙ Ｔａ ｉ ３ ０ ７ ） Ｅ ｃｏ ｓ ｏ ｅ ｎ ｎｎ ｅ ｔ ｎｎ
硅导热系数
硅导热系数
导温系数一般是指热扩散系数，是物体中某一点的温度的扰动传递到另一点的速率的
量度。
以物体受热升温的情况为例来分析，在物体受热升温的非稳态导热过程中，进入物
体的热量沿途不断地被吸收而使局部温度升高，在此过程持续到物体内部各点温度全部相
同为止。
量方法
研究与应用领域
热扩散系数、热导率是各类材料的重要物理参数，各种物质的热导率数值主要靠实验
测定。
热线法一般用于测量材料的热导率。
文献扩展了热线法测量的应用范围，实现了同
时测量干燥松木板材料热扩散系数和热导率，在实际的科学研究和生产实践中,可以期望
获得更广泛的运用。
文献采用微珠状热敏电阻作为点热源和测温元件,在一维点源脉冲传
热模型的基础上建立一种同时测量生物流体热扩散系数、导热系数和热容的瞬态方法。
文
献提出以一次测量为基础，全自动、完全非接触地测定热容、热扩散系数和热导率的方法，该方法适合用于测量热导率很小的材料的热性质，例如橡胶混合物。
涂层国际标准
《热喷涂陶瓷涂层热导率测量方法——闪光法》国际标准（iso）是国际标准化组织
首次发布由中国负责制定的涂层领域的国际标准，标志着我国涂层领域的国际标准化工作
取得零突破。
该国际标准由中科院上海硅酸盐研究所曾毅、郑学斌和宋力昕三位研究员于
年10月向国际标准化组织isotc技术委员会提交草案。
历时三年多，最后以该技术委员
会全体成员国一致同意的%高得票率获得通过。
同原有方法相比，该标准规范了热喷涂陶
瓷涂层的热扩散系数测试方法和过程，并对涂层热扩散系数修正因子的计算过程进行了详细、全面的描述。
拉曼测温技术解析
Raman 光谱测温Raman信号与物质极化率有关，温度改变引起极化率的变化从而改变Raman 信号，可以根据Raman信号的变化进行温度的检测以及传热的分析。
Raman测温的方法主要包括：Raman强度测温，Raman频率测温和Raman半高宽测温。
当前对于材料的Raman测温研究主要是硅、碳纳米管、石墨烯、金刚石等。
[1]1 Raman强度测温原理：能级上的粒子数在平衡时遵从Boltzmann分布，在平衡态下N个全同粒子分布在其单粒子任一可及能级εi(i=1，2，3，…，为单粒子能级的标号)上最可几粒子数n i由下式确定：n i=Nqωi exp(−εi/kT)式中：ωi为能级εi的简并度；k为Boltzmann常数；T为热力学温度；q为单粒子配分函数。
Strokes散射和Anti-Strokes散射分别对应于低能级到高能级的跃迁或高能级到低能级的跃迁。
Raman散射的Strokes线的光强I S和Anti-strokes光强I AS分别为：I S∝1/[1−exp(−ℏωk/k B T)]I S∝1/[exp+ℏωk/k B T−1]式中：k B是Boltzmann常数，T是绝对温度，ℏ是约化Planck常量。
两者的强度比为：I k,S/I k,AS∝exp(ℏωk/k B T)可以通过测量Strokes峰和Anti-Strokes峰的比值来计算材料的温度。
[2]国内：黄福敏[3]研究了碳纳米管拉曼光谱的温度效应。
根据碳纳米管性质的不同，选取D模，G模，E2g模，D*模信号中的几种，通过测量Strokes峰和Anti-Strokes峰的比值计算温度后平均化。
实验结果显示各模分辨计算的温度之间误差小于50K，同时观察到拉曼位移随温度存在线性变化的现象。
俞帆[4~6]等对Sr(NO3)2，CCl4，单晶硅等材料的温度进行了测量。
测温基于公式：T=h v ik B ∙ln[I SI AS∙v+v iv−v i4]式中：v,v i分别是激励激光频率和拉曼散射频移。
拉曼光谱表征无定形硅和微晶硅
摘要沉积在玻璃或碳化硅上的硅广泛用于生产光伏电池，无定形和微晶硅的比例与分布对于电池性能很关键，因此这两种成分的检测非常重要。
拉曼光谱是非常适合这种应用的技术，因为这两种形式的硅会产生极易分辨的不同拉曼光谱，并可采用比尔定律方法进行定量分析，同时可里采用拉曼成像技术给出晶体硅与无定形硅空间分布的详细信息。
经证实，过高的激发激光功率会将无定形硅转化为晶体硅，因此必须严格限制激光照射到样品功率大小。
特别是某个分析方法必须在多个生产工厂内与多个仪器上重复使用时，配备激光功率调节器的Thermo Scientific DXR 显微拉曼光谱仪是此类应用的最佳选择。
介绍使用广泛的光伏电池技术将硅沉积在玻璃或碳化硅上，尽管早期的面板由晶体硅或无定形硅制造，而两种材料的结合可以扬长避短。
最佳性能取决于所制造电池中两种形式硅能否达到预定比例和分布，因此监测这两种硅可确保所制造太阳能电池成本低，效率高并且寿命长。
拉曼光谱尤其适合此应用，硅-硅键为对称结构，可产生强拉曼散射。
晶体硅具有高度一致的键角和键长，排列有序，可形成拉曼锐峰，其特征强散射带位于521cm -1；无定形硅结构相对无序，键角，键能，键长以及摇摆键范围大，可能的态分布会导致很宽的480cm -1拉曼峰，与晶体硅区别明显。
拉曼光谱可用于定量分析薄层沉积内的无定形和晶体硅的相对含量。
通过沉积硅区域成像，可监测两种形态硅空间分布的均匀性。
本应用文献显示了典型结果，并讨论了利用拉曼光谱测量无定形硅与晶体硅的优点以及如何解决潜在的困难。
实验采用DXR 显微拉曼光谱仪采集所有光谱，该光谱仪配备532nm 激发激光，全范围光栅和马达驱动平台，并以Thermo Scientific OMNIC 8软件包驱动,OMNIC™ Atlµs™成像软件用于采集和分析成像数据。
结果晶体硅VS 无定形硅图1显示了样品的典型硅光谱，包括从纯晶体硅到包含无定形硅的一系列样品。
晶体硅样品位于521cm -1的强散射带与无定形硅以480cm -1为中心的宽带区别拉曼光谱表征无定形硅和微晶硅Tim Deschaines, Joe Hodkiewicz, Pat Henson, Thermo Fisher Scientific, Madison, WI, USA明显，由于光谱的显著差异，基于521cm -1和480cm -1处峰高度比，通过简单的比尔定律计算可估计两种形式硅的相对含量。
显微拉曼光谱
显微拉曼光谱显微拉曼光谱是一种非常有用的光学分析技术，它可以用于研究物质的结构和组成。
显微拉曼光谱技术基于拉曼散射现象，它利用激光轰击样品时样品散射的光，通过观察散射光的偏振特性，以及光的频率和强度信息，可以得出样品的分子结构和化学成分信息。
本文将介绍显微拉曼光谱的原理、应用和优势。
一、原理拉曼散射现象是指当激光照射到样品上时，样品分子会吸收部分光子，产生一些分子的振动和转动等运动，并将所吸收的光子以散射光子的方式释放出来。
这些散射光子的波长、强度和偏振状态都可以提供样品的物理和化学信息。
拉曼光谱仪是一种可以进行拉曼散射分析的仪器，通过分析所散射的光子，可以获得有关样品分子结构和化学成分等信息。
现代显微拉曼光谱技术与常规拉曼光谱不同，它结合激光显微镜和显微成像技术，能够对微小样品进行局部分析。
二、应用显微拉曼光谱技术可以广泛应用于材料科学、化学、生物医学等众多领域。
例如：1. 材料研究：显微拉曼光谱技术可以用来研究各种材料的结构和性质。
可以对材料的化学性质、成分、杂质和晶体结构等进行分析。
2. 生物医学研究：显微拉曼光谱技术可以用于生物医学领域中关于细胞和组织的研究。
可以通过对细胞和组织的化学成分进行分析，来揭示与生物发育、疾病和治疗等方面有关的信息。
3. 食品安全：显微拉曼光谱技术可以用来检测食品中的化学成分和污染物。
可以用来检测食品中的营养成分、添加剂、农药和污染物等。
4. 环境污染：显微拉曼光谱技术可以用来监测环境中污染物的分布和组成。
例如，可以用来检测地下水中的污染物、空气中的有毒气体等。
三、优势相比于其他材料表征技术，显微拉曼光谱具有很多优势：1. 无需化学处理：显微拉曼光谱不需要样品的化学处理，能够避免因处理方法对样品造成的损伤和外界干扰。
2. 非接触性：显微拉曼光谱是一种非接触性的分析方法，能够在不影响样品的情况下进行分析。
3. 高分辨率：显微拉曼光谱能够对微小样品进行局部分析，并且分辨率很高，能够有效地分析具有微观尺寸结构的样品。
用于MEMS热敏传感器中绝热层的多孔硅性能研究
用 于 ＭＥ ＭＳ热 敏 传 感 器 中 绝热 层 的 多 孔 硅性 能研 究
９
用 于 ＭＥ ＭＳ热 敏 传 感 器 中绝 热 层 的 多孔 硅 性 能 研 究
Ｓｔ ｄ ｎ Ｐｅ ｆ ｒ ａ ｃ ｆＰｏ ｏ ｓ Ｓｉｉｏ ｓ ｄ ｉ ｕ ｙ ｏ ｒ ｏ ｍ ｎ ｅ ｏ ｒ ｕ ｌｃ ｎ Ｕ ｅ ｎ Ｔｈｅ ｍ ａ ｒ ｌ
ｍ ｅ ｈａ ｉａ ｒ ｐｅ ｔ ｃ ｎ ｃ ｌｐ ｏ ｒ ｙ
ＭＥ ＭＳ微 热 敏传 感 器 的工 作机 理 要求 热敏 感单 元和基底 之间 具有优 良的热 绝缘 性 ， 以提高 传 感 器 的 灵敏度 ， 降低 响应时间 。通常在 ＭＥ ＭＳ微热敏 传感器
力 学性 能 ， 它们 均与多孑 硅 微观结 构有关 。 Ｌ
ｄ ｎ ｅ ｅ ｔ ｒＸＰ．ｔ ｅ ａ ｅ ａ ｅ ｖ ｌ ｅ ｏ ａ ｄ ｅ ｓ ８ Ｙｏ ｎ ’ ｄ ｌ ｓ ｏ ｏ ｏ ｓ ｓｌ ｏ ｒ ａ ｕ ｅ ． Ｔｈ ｈ ｖ ｒ ｇ ａ ｕ ｆ ｈ ｒ ｎ ｓ Ｌ ｕ ｇ Ｓ ｍｏ ｕ ｕ ｆｐ ｒ ｕ ｉ ｃ ｎ ｗｅ ｅ ｍｅ ｓ ｒ ｄ ｉ ｅ
ｓｄｕ ｌｓｒ ｓ ｆｐ ｒ ｕ ｉｉｏ ｒ ｃ ｌｄ ｂ ｉｒ — ｍａ ｉ ａ ｔ ｅ ｓｏ ｏ ｏ ｓ ｓｌｃ ｎ ｗｅ ｅ ｓ ａ ｅ ｙ Ｍ ｃ ｏ Ｒａ ｎ Ｓｐｅ ｔ ｏ ｃ ｐｙ （ ＲＳ） Ｕｓｎｇ Ｍ ＴＳ ｎ ｎ ｎ— ｃｒ ｓ ｏ Ｍ ． ｉ ａ ｏｉ
ｂｙ ｃ ｎｔｏｌｃ ｎ ｔｏ ， ａ ｔｃ ｎ ｂ ｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｓ ｌ ｔｏ ａ ｅ ｉｒ ｈｅ ｍ ａ ｅ ｓ ． ｏ ｒ ｏ ｄｉｉ ｎｓ ｎｄ ｉ ａ ｅ ｕｓ ｄ ｉ ｈｅ ｍ ｌｉｏ ａ ｉ ｎ ｌｙ ｒｏｆｍ ｃ ｏ ｔ ｒ ｌｓ ｎ ｏｒ Ｋｅ ｒ ｓ ｍ ｉｒ ｈｅ ｍ ａ ｅ ｓ ｒ ｔ ｒ ａ ｓ ａ ｉ ｎ ｌｙ ｒ ｐ ｏ ｉｉｏ ｙ ｗｏ ｄ ： ｃ ｏ ｔ ｒ ｌｓ ｎ ｏ ； ｈｅ ｍ ｌｉｏｌ ｔｏ ａ ｅ ； ｏｒ ｕｓｓ ｌ ｎ；ｔ ｒ ａ ｓ ｌ ｔｏｎ ｐ ｏｐ ｒ ｙ； ｃ ｈｅ ｍ ｌｉｏ ａ ｉ ｒ ｅ ｔ
多孔硅在高温退火过程中结构变化的研究
ｃ ｒ ｏａｉｎｏ ｍｅｉ ） 准 法清 洗 单 晶硅 片 ， 清 洗 ｏｐ ｒｔ ｆ ｏ ａ ｒ ａ标 ｃ 将 干净 的硅片 置于 单 槽 电解 池 中进 行 电化 学 腐 蚀 ， 蚀 腐 液 为 （ （ ０ ） （ 水 乙醇 （ ＨＦ ４ ）： 无 分析 纯 ） ： １：１ ， ）＝ ＝ ）
２ 实 验
采用 Ｐ型 （ ０ ） 面抛 光单 晶硅 片 ， １０单 电阻率为０ ０ ．１
～
００ Ｑ ・ Ｉ， ．２ Ｃｌ其厚 度 为 ６ ５ ｍ。首 先 用 Ｒ Ａ （ａ ｉ Ｉ ２ｆ Ｃ ｒｄｏ
他们利 用这 种工 艺 ， 功地 分 别 在玻 璃 和柔 性衬 底 上 成 制备 了直径 达 １ ０ ５ ｍｍ 的单 晶硅 薄膜 ， 制备 的 电池 厚度
反 应 在 无 光 照 的 条 件 下 进 行 ， 硅 片 抛 光 一 侧 形 成 多 在 孔 硅 。 实 验 中 ， 过 改 变 腐 蚀 电流 密 度 和 腐 蚀 时 间 ， 通 分 别 形 成 了 不 同 结 构 的 多 孑 硅 层 样 品 。将 腐 蚀 好 的 多 孔 Ｌ
理 ， 从 热 力 学 角 度 对 其 微 观 机 制 进 行 了 讨 论 。 实验 并
和理论 分析 的结 果 均表 明 ， 多孔硅 的初 始孔 径 存在 一 个 临界 值 ， 始孔径 小 于此 临界值 时 ， 初 孔在 高温退 火 中
有 收 缩 的 趋 势 ； 之 ， 始 孔 径 大 于 此 ， 值 时 ， 有 反 初 临界 孔
变大的趋势 。
关键词 ： 多子 硅 ； Ｌ 高温退 火 ； 曼谱 ； 拉 形核理 论
中 图 分 类 号 ： ０ ８ ； ２ ． ７ １ Ｏ５ ２ １ 文献标识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：∞ １９ ３ （０ ０ １ －０ ００ １ －７ １ ２ １ ）２２ ６ —４
多孔陶瓷热导率的影响因素及其有效热导率的数值计算方法
则晶格上各质点是按各自的频率独立地作简谐 振动。也就 是 说，格 波 间 没 有 相 互 作 用，各 种 频 率的声子 间 不 相 互 干 扰，没 有 声 子 － 声 子 的 碰 撞，没有能量转移，声子在晶格中是畅通无阻的， 此时晶体中的热阻为零，热量以声子的速度在晶 体中传递。然而，实际上晶格热振动并非是线性 的，晶格间 有 着 一 定 的 耦 合 作 用，声 子 间 会 产 生 碰撞使声子的平均自由程减小。格波间相互作 用愈强，声 子 间 碰 撞 几 率 愈 大，相 应 的 平 均 自 由 程愈小，热导率愈低。此外，晶体中的各种缺陷、 杂质以及晶粒界面都会引起格波的散射，从而降 低热导率。
2 Scheffler M，Colombo P． Cellular Ceramics － Structure，Manufacturing，Properties and Applications． Wiley － VCH，Weinheim， 2005． 342 － 360，401 － 620．
3 鞠银燕，宋士华，陈晓峰． 多孔陶瓷的制备、应用及其研究进 展． 硅酸盐通报． 2007，26（ 5） ，969 － 974．
合适的模型。虽然公式（ 4） ，（ 8） 所示的五种模型
已基本概况了目前所有多孔陶瓷呈现出的显微
结构，但实际进行计算时这五种模型仍然显得粗 糙，或者说它仅仅只界定了多孔陶瓷热导率可能 存在的范围，如果要精确预测多孔陶瓷的热导率 还有待进一步研究。
显微共聚焦拉曼光谱仪 应用
显微共聚焦拉曼光谱仪应用显微共聚焦拉曼光谱仪是一种先进的光学分析仪器，广泛应用于材料科学、化学、生物医学和环境科学等领域。
其通过将激光光束聚焦到样品表面上，利用激光和样品之间的相互作用来获取物质的拉曼光谱信息，具有高灵敏度、高分辨率和无需特殊样品处理的优点，因此在科学研究和工业生产中发挥着重要作用。
显微共聚焦拉曼光谱仪的应用十分广泛。
在材料科学领域，它常用于研究纳米材料、半导体材料、金属材料等的表面形貌、结构和成分。
例如，研究纳米材料的表面等离子共振现象、半导体纳米颗粒的光学性质等。
同时，显微共聚焦拉曼光谱仪还可以用来研究材料的应力分布、缺陷结构、晶格畸变等微观性质，为材料的设计和改性提供了重要的信息。
在化学领域，显微共聚焦拉曼光谱仪常用于物质的结构分析和化学反应动力学研究。
通过测量不同化合物的拉曼光谱，可以确定它们的分子结构、键合方式、结构构型等信息，对于新型材料的发现和设计具有重要意义。
同时，在研究化学反应过程中，显微共聚焦拉曼光谱仪可以实时监测反应物和产物的浓度变化、分子振动频率的变化等，为反应机理的研究提供了方便。
在生物医学领域，显微共聚焦拉曼光谱仪被广泛应用于细胞生物学、生物医学成像、药物研发等方面。
通过测量细胞和组织的拉曼光谱，可以获取它们的化学成分、生物分子结构、细胞代谢活动等信息，为研究疾病的发生机制、生物标志物的发现等提供了重要手段。
同时，在药物研发中，显微共聚焦拉曼光谱仪可以用来研究药物与细胞的相互作用、药物的释放和代谢过程等，为药物的设计和临床应用提供了有益信息。
在环境科学领域，显微共聚焦拉曼光谱仪被用于土壤分析、水质监测、大气污染物的检测等研究。
通过测量环境样品的拉曼光谱，可以确定其中的微量有机物、无机物成分，分析其污染程度、来源和迁移规律，为环境保护和修复提供了科学依据。
总之，显微共聚焦拉曼光谱仪作为一种高灵敏度、高分辨率的光学分析仪器，在材料科学、化学、生物医学和环境科学等领域发挥着重要作用。
多孔硅材料的制备与性能研究
多孔硅材料的制备与性能研究近年来，多孔材料在各个领域中得到了广泛的应用。
而多孔硅材料作为一种新型的多孔材料，在能源存储、催化剂以及生物医学等领域中具有广阔的应用前景。
本文将就多孔硅材料的制备方法以及其性能研究进行探讨。
一、多孔硅材料的制备方法多孔硅材料的制备方法主要有溶胶-凝胶法、模板法和电化学腐蚀法等。
在溶胶-凝胶法中，首先通过水解和缩合反应形成凝胶，然后通过热处理或化学处理使之形成多孔结构。
这种方法具有制备工艺简单、成本低廉的优点，但其孔径分布范围较窄。
模板法通过使用有机或无机模板剂在硅源溶胶中形成孔道结构，然后通过烧结或氧化去除模板剂，最终得到具有多孔结构的硅材料。
这种方法能够制备出具有可控孔径和孔道结构的多孔硅材料，但模板剂的选择和去除过程较为复杂。
电化学腐蚀法则是通过在一定电位下将金属或合金腐蚀形成孔洞，然后将之填充或转化为多孔硅材料。
这种方法制备的多孔硅材料孔径分布范围较广，但制备工艺较为繁琐。
二、多孔硅材料的性能研究1. 孔结构控制多孔硅材料的性能与其孔结构密切相关。
因此，通过调控制备方法可以实现对多孔硅材料孔结构的控制。
可以通过改变前驱体的类型、溶剂的种类和浓度、反应温度等条件来控制多孔硅材料的孔径和孔道结构。
研究表明，当使用有机溶剂时，多孔硅材料的孔径通常较小，而使用无机溶剂时，多孔硅材料的孔径较大。
此外，反应温度的升高有助于减小多孔硅材料的孔径。
2. 光学性能多孔硅材料具有较高的折射率和较低的杂散光损耗，因此在光学器件中有着广泛的应用。
研究表明，多孔硅材料中的孔道结构可以通过调节前驱体的浓度和反应温度来控制。
同时，多孔硅材料的孔径和孔道结构也会对其光学性能产生影响。
通过控制多孔硅材料的孔径和孔道结构，可以实现对其折射率的调节，从而实现光学器件的性能优化。
3. 催化性能多孔硅材料在催化领域中也具有潜在应用。
多孔硅材料的大比表面积和孔道结构可提供更多的活性位点和质量传递通道，从而促进催化反应的进行。
激光共焦显微拉曼光谱分析
第五篇 光谱分析第四章 拉曼光谱分析——激光显微共焦拉曼光谱仪拉曼散射是印度科学家Raman 在1928年发现的，拉曼光谱因之得名。
光和媒质分子相互作用时引起每个分子作受迫振动从而产生散射光，散射光的频率一般和入射光的频率相同，这种散射称为瑞利散射，由英国物理学家瑞利于1899年进行了研究。
但当拉曼在他的实验室里用一个大透镜将太阳光聚焦到一瓶苯的溶液中，经色散分光过滤后的太阳光呈蓝色，但是当光束进入溶液之后，除了入射的蓝光之外，拉曼还观察到了很微弱的绿光。
拉曼认为这是光与分子相互作用而产生的一种新频率的光谱带。
因为这一重大发现，拉曼于1930年获诺贝尔物理学奖。
拉曼光谱得到的是物质分子的振动光谱，是物质的指纹性信息，即每一种物都有自己特征拉曼谱图，因此拉曼光谱是认证物质和分析成分的有力工具。
而且拉曼峰的频率（或波数）对物质结构的微小变化非常敏感，所以也常通过对拉曼峰的微小变化的观察，来研究在一些条件下，比如温度、压力、掺杂等，所引起的物质结构变化，以及间接推出材料不同部分微观上的环境因素的信息，如应力分布等。
拉曼光谱技术的优点：光谱的信息量大，谱图易辨认，特征峰明显；对样品无接触，无损伤；样品无需进一步处理；快速分析，鉴别各种材料的特性与结构；由于激光拉曼光谱仪还带有显微共焦功能，故又称激光显微共焦拉曼光谱仪，可做微区微量以及分层材料的分析（1微米左右光斑）；高空间分辨率对地质的包裹体尤其有用；能适合黑色和含水样品；高、低温及高压条件下测量；光谱成像快速、简便，分辨率高；仪器稳固，体积适中，维护成本低，使用简单。
激光拉曼光谱是激光光谱学中的一个重要分支，应用十分广泛。
如在化学方面应用于有机和无机分析化学、生物化学、石油化工、高分子化学、催化和环境科学、分子鉴定、分子结构等研究；在物理学方面应用于发展新型激光器、产生超短脉冲、分子瞬态寿命研究等，此外在相干时间、固体能谱方面也有广泛的应用。
一、基本原理当波数为 （频率为 ）的单色光入射到介质上时，除了被介质吸收、反射和透射外，总会有一部分被散射。
显微拉曼光谱技术的使用教程
显微拉曼光谱技术的使用教程引言：显微拉曼光谱技术是一种非破坏性的分析手段，可以通过激光照射样品，利用样品散射回来的光进行谱图分析。
本文将介绍显微拉曼光谱技术的基本原理、实验步骤和数据分析方法。
一、基本原理显微拉曼光谱技术基于拉曼散射现象，当激光照射到样品上时，样品中的分子或晶格会发生振动，振动后的分子或晶格会散射出比入射光频率低或高的拉曼散射光，这种光谱就被称为拉曼光谱。
拉曼光谱可以提供有关样品化学成分、分子结构和晶格信息等方面的信息。
二、实验步骤1. 样品制备：将待测样品制备成适当尺寸和形状，如薄膜、液体溶液或固体颗粒。
2. 仪器准备：打开拉曼光谱仪，确保其正常工作。
调整仪器的参数，如激光频率、功率和聚焦。
3. 样品安装：将待测样品放置在样品台上，并调整合适的焦距。
4. 参数设置：根据样品的特性，设置合适的激光功率、扫描范围和积分时间等参数。
5. 数据采集：启动拉曼光谱软件，开始数据采集。
通过激光照射样品，测量散射光的强度和频率。
6. 数据处理：对采集到的光谱数据进行去噪、平滑和基线校正等处理，得到清晰的光谱图。
三、数据分析方法1. 基线校正：由于仪器和样品对光产生的噪声和背景信号，拉曼光谱中常常存在一条基线。
采用合适的算法对基线进行校正，以便更好地观察样品的峰状结构。
2. 峰识别：利用专业的光谱分析软件或算法，对光谱中的峰进行识别和归类。
通过比对已知物质的光谱库，可以得到样品中存在的化合物或物质。
3. 峰强度分析：对光谱中的峰进行强度分析，可以了解样品中各组分的相对含量。
通过比较不同样品的峰强度，还可以发现样品之间的差异。
4. 峰位和峰宽分析：拉曼光谱中的峰位和峰宽可以提供样品的振动频率和振动强度信息。
通过对这些参数的分析，可以研究样品中的分子结构和晶体结构等特性。
5. 显微成像：拉曼光谱技术还可以实现样品的显微成像，即在原子尺度下观察样品的化学成分和结构分布情况。
可以通过选取特定波长的拉曼光谱进行成像，以获得更详细的信息。
共焦显微拉曼光谱仪介绍
共焦显微拉曼光谱仪介绍共焦显微拉曼光谱仪是一种光谱测量仪器，结合了共焦显微镜和拉曼光谱仪的功能。
它可以在光学显微镜下进行非破坏性的化学成分和结构分析，是现代生物医学和材料科学研究的重要工具。
工作原理拉曼效应是基于激光与样品相互作用的。
当激光照射到样品上时，一部分光子会被散射，其中一部分激发样品分子的振动。
这些振动可以与周围环境产生特定的频率，称为拉曼频移。
由于分子的结构和振动方式不同，每个分子都会有不同的拉曼频移。
共焦显微镜使用聚焦的激光束扫描样品表面，因此每个扫描点的拉曼光谱可以用来确定所扫描区域的化学成分和结构。
此外，拉曼光谱仪可以提供高分辨率的空间信息，可以捕捉样品内不同深度处的光谱信息。
主要组成部分共焦显微拉曼光谱仪的主要组成部分包括激光、光学透镜、样品台、拉曼光谱仪、探测器等。
激光激光是光谱分析的关键元素，它需要具有单色性、高耐用性、可重复性和频率稳定性等特点。
一般来说，常用的激光有532 nm和785 nm两种。
光学透镜光学透镜是将激光焦到样品表面的重要组成部分，可以使用可调焦距的透镜和凸透镜组合。
样品台样品台用于将样品放在扫描区域，具有微调位置和移动功能。
通常，样品需要放在显微镜下进行调整和定位。
拉曼光谱仪拉曼光谱仪是检测样品散射光的设备，其中包括光学谐振腔、激光和检测单元。
拉曼光谱仪中的主要部件是光谱仪，它可以测量通过样品的散射光的波长和强度。
探测器探测器可以检测光谱仪所发出的光线的强度，这些光线与样品的散射光合并。
普通的扫描探测器可以用于大多数应用，而高速相机可以使用以观察样品的高速运动。
应用领域共焦显微拉曼光谱仪应用广泛，包括生物医学、化学、材料科学等领域。
它可以用于分析有机分子、金属离子、催化剂表面、膜层和细胞结构等。
在生物医学领域，共焦显微拉曼光谱仪可用于观察细胞的代谢和分子修饰，包括分析细胞膜的结构和组成、细胞内脂质代谢的影响以及检测癌细胞的化学结构和病理变化。
在化学和材料科学领域，共焦显微拉曼光谱仪可用于分析晶体和无机盐、氧化物、纳米材料、聚合物和生物材料的组成和结构。
共焦显微拉曼光谱仪介绍
共焦显微拉曼光谱仪介绍共焦显微拉曼光谱仪是一种结合了共焦显微镜和拉曼光谱仪的分析仪器，它能够在纳米尺度下进行非破坏性的化学成分和结构分析。
共焦显微拉曼光谱仪具有高空间分辨率和高光谱分辨率的优点，可广泛应用于生物科学、材料科学、化学科学、环境科学等领域。
首先，我们来介绍共焦显微镜。
共焦显微镜是一种采用共焦点成像原理的显微镜，它可以使得成像点仅限于焦深之内，从而获得大幅度的光谱和空间分辨率。
常见的共焦显微镜包括激光共焦显微镜（LSM）和扫描电子显微镜（SEM）。
另一方面，拉曼光谱仪是一种通过测量样品散射光的频率差异来分析其化学成分和结构信息的仪器。
拉曼散射光是由激光照射样品产生的，它具有偏振色散和频率变化，从而提供了样品的唯一化学指纹。
拉曼光谱仪主要由激光源、光学系统、光电转换器和光谱仪四部分组成。
共焦显微拉曼光谱仪综合了以上两种仪器的优点。
它采用激光共焦显微镜的光学系统，使得激光能够聚焦在样品的特定位置，然后通过激光的散射及频移，获取样品的拉曼光谱信息。
这种组合能够将拉曼光谱与样品的小尺度特征结构相结合，实现对样品微观结构的详细表征。
共焦显微拉曼光谱仪的工作原理主要有三个步骤：激光照射、光谱采集和数据分析。
首先，激光照射样品，激发其分子、原子或晶格的振动。
然后，拉曼散射光进入激光共焦显微镜的光学系统，经过多次反射和折射后，聚焦在样品的特定位置。
最后，通过光电转换器将拉曼散射光转化为电信号，并通过光谱仪进行光谱采集。
数据分析则可以通过比对标准库或使用化学计量学方法得到化学信息和结构信息。
共焦显微拉曼光谱仪具有一些独特的特点和优势。
首先，它能够获取到样品微观结构的详细信息，甚至可以在活细胞水平上分析化学成分和结构。
其次，共焦显微拉曼光谱仪具有高空间分辨率和高光谱分辨率，使得它能够在纳米尺度下进行有效分析。
此外，它还可以进行三维成像，通过扫描样品表面或体积，获取更全面的信息。
最后，共焦显微拉曼光谱仪具有非破坏性的特点，不需要特殊处理样品即可进行分析。
拉曼光谱技术在界面热导率测量中的应用及发展探讨
拉曼光谱技术在界面热导率测量中的应用及发展探讨Raman spectroscopy is a powerful technique that can be used to measure the thermal conductivity of interfaces. The Raman method is based on the principle of detecting changes in the vibrational modes of molecules when they are subjected to thermal energy.In order to measure the interface thermal conductivity, a Raman microscope is used to focus a laser beam onto the interface of interest. The laser beam excites the molecules in the interface, causing them to vibrate. By analyzing the Raman scattering of the laser light, the changes in the molecular vibrations can be detected and used to calculate the thermal conductivity.The advantage of using Raman spectroscopy for measuring interface thermal conductivity is its non-destructive nature. It allows for in situ measurements without altering the sample or disturbing the interface. Additionally, Raman spectroscopy can provide detailed information about the molecular structure and composition of the interface, which can further enhance our understanding of the thermal transport processes.中文回答：拉曼光谱法是一种强大的技术，可以用来测量界面的热导率。
不同功率激光激发下多孔硅拉曼光谱研究
不同功率激光激发下多孔硅拉曼光谱研究兰燕娜;方靖淮【摘要】Porous Silicon (PS) sample is prepared by anodization. Raman spectra of porous silicon with different laser power have been studied. Only a sharp single band near 520cm-1 appears when the exciting laser power is low, while it shifts to the red side and shows dissymmetrical broadening with the increase of the laser power . When the laser power gets strong enough, the Raman peak near 320 cm-1 is splitted into two bands Hie band near 300 cm-1 also shifts to lower wavenumbers with increasing the laser power. However, no peak splitting was observed near 300 cm-1. Hie red - shift and dissymmetrical broadening of Raman bands can be attributed to quantum confinement effect. Double bands near 520 cm-1 at high powers are thought to be the cleavage of longitudinal optical (LO) and transverse optical (TO) modes. The local temperature of PS under the laser radiation is also calculated in the article.%利用阳极氧化化学腐蚀法得到多孔硅样品,在632.8 nm激光激发下,对多孔硅的拉曼光谱随激光功率的变化进行了研究,分别得到了520cm-1和300 cm-1附近的拉曼光谱图.发现在520 cm-1附近,激光功率较低时,多孔硅的拉曼光谱主要表现为略低于520cm-1的尖锐单峰,随激光功率的增大,拉曼峰出现红移和不对称展宽,并且当激光功率增加到一定阈值时,单峰劈裂成双峰.而300cm-1附近,随功率增大,峰位向低波数移动,但始终是单峰.我们对实验现象进行了分析和讨论,表明520cm-1附近拉曼峰的红移和展宽是光学声子的量子限制效应引起的,激光功率达到一定阈值时,LO和TO声子模发生劈裂,所以单峰变为双峰.根据520 cm-1附近斯托克斯和反斯托克斯拉曼振动谱峰的强度比,我们计算了多孔硅样品表面在激光辐照下的局域的温度.【期刊名称】《湘潭大学自然科学学报》【年(卷),期】2011(033)002【总页数】5页(P94-98)【关键词】多孔硅;拉曼光谱;激光功率【作者】兰燕娜;方靖淮【作者单位】南通大学理学院,江苏南通226007;南通大学理学院,江苏南通226007【正文语种】中文【中图分类】O433.41990年Canham首次报道了室温下多孔硅(Porous Silicon，简称PS)强烈的光致发光现象，并用量子限制效应进行了解释［1］，多孔硅迅速成为世界范围内的研究热潮.因为硅是一种间接带隙半导体，禁带宽度窄，仅1.1 eV，一般不能作为发光材料，而多孔硅室温下光致发光现象显示出其在光电器件和显示技术方面存在着巨大的应用前景.目前人们已对多孔硅的制备方法和发光机制进行了大量的研究.因为拉曼散射是研究材料微结构的有力方法，具有方便快捷、灵敏度高、样品用量少和对样品无损伤等优点，所以多孔硅的拉曼光谱研究也有许多报道［2～4］，对多孔硅进行拉曼光谱研究具有一定的理论意义和应用价值.本文对多孔硅的拉曼光谱随激光功率的变化进行了研究.在632.8 nm激光激发下，分别对520 cm－1和300 cm－1附近进行了拉曼光谱的测量.结果表明，在520 cm－1附近，随着激光功率的增大，拉曼峰出现红移和不对称展宽，并且当激光功率增加到一定阈值时，单峰劈裂成双峰.我们对实验现象进行了深入分析，表明拉曼峰的红移和展宽是光学声子的量子限制效应引起的.此外，根据同一散射带的斯托克斯和反斯托克斯散射强度的比值，我们对多孔硅样品表面在激光辐照下的局域温度进行了计算.1 实验本文中采用的多孔硅样品是由电化学腐蚀法制备的.所用材料是单面抛光的P型单晶硅片，电阻率为28～53 Ω·cm、晶向为＜100＞.所用的电解液成分为VHF︰VC2H5OH=1︰2，电流密度为40 mA·cm－2，通电时间为30 min.对新制备的多孔硅样品，保证激光照射在样品的同一标记位置和完全一致的聚焦情况，仅改变激光功率来研究多孔硅的拉曼光谱.拉曼光谱的测量是在英国Renishaw公司RM-1000型显微拉曼光谱仪上进行的.激发波长分别是632.8 nm，狭缝宽度50 μm，采用背散射装置收集散射光，作用在样品上100%的激光功率是5 mW.测量是在室温(296 K)下进行的.2 结果和讨论根据文献报导，多孔硅在520 cm－1和300 cm－1附近的振动模式分别被指认为具有τ25对称性的简并的光学模(optical mode)和二级横声子模(2TAmode).我们分别以这两个振动模式为中心得到了拉曼光谱随激光功率的变化情况.为了计算多孔硅样品表面在激光辐照下的局域温度，我们在同一次扫描中得到了拉曼散射的斯托克斯和反斯托克斯拉曼谱.图1和图2分别是以520 cm－1和300 cm－1为中心测到的随激发功率增大的多孔硅的拉曼光谱.曲线a～e是不同功率激光激发下多孔硅同一位置处的拉曼光谱，曲线a、b、c、d和e所对应的激光功率分别为0.05 mW、0.5 mW、1.25 mW、2.5 mW和5 mW，所对应的激光功率的比值依次为1%、10%、25%、50%、100%.图1 不同功率激光下多孔硅520 cm－1附近拉曼光谱(Anti-stokes轴强度扩大2倍)Fig.1 The circuit with input signal and feedback signal having a common port图2 不同功率激光下多孔硅300 cm－1附近拉曼光谱(Anti-stokes轴强度扩大2倍)Fig.2 Raman spectra of Porous Silicon near 300 cm－1从图1可以看出，在激光功率较低时，多孔硅的拉曼光谱表现为一单峰，其位置相对于晶体硅的特征峰(520 cm－1)向低波数略有移动;随着激光功率的增大，多孔硅的拉曼峰逐渐向低波数移动并且显示出明显的展宽和不对称性.当激光功率达到一定阈值时，拉曼峰明显分裂为双峰.从图2可以看出，随着激光功率的增大，TA 模逐渐向低波数移动，但始终是单峰.我们对图中各条谱线进行分析和拟合，得到了谱峰参数随激光功率的变化关系，为了更加清晰直观地显示拉曼谱峰参数随着激光功率的变化关系，我们把谱峰参数拟合结果用图3～图7来表示.图3和图4是Stokes部分，图5和图6是Anti-Stokes部分，图7是Is/Ias部分.我们同时对图2中300 cm－1附近拉曼谱图进行分析和拟合，由于300 cm－1附近的Raman峰强度普遍较低，功率升高强度增强后有很强的萤光背景，在数值拟合时很难准确把握，容易产生误差.但是从图2中也可以明显看出，随着激光功率的增加，300 cm－1附近拉曼谱峰也产生了明显的红移和宽化，与520 cm－1附近的分析结果一致.许多研究小组对多孔硅的拉曼光谱进行了研究.峰位红移并且出现不对称展宽这样的实验现象在许多文献中都有报道.目前普遍认为拉曼峰红移和谱线展宽是电解过程导致多孔硅中硅颗粒变小而使光学声子受到尺寸效应的限制.由于量子限制效应，多孔硅的拉曼谱是一个低于520 cm－1的不对称的宽峰.对于理想的单晶材料，声子的波函数是平面波，即声子的相关长度为无穷大，由选择定则规定了只有布里渊区中心点(即q=0)的光学声子参与拉曼散射.当晶粒尺寸减小到纳米数量级时，光学声子的空间波函数被局域化，不再是平面波，因而拉曼散射过程不再局域于q=0的声子态，q＞0的声子也变为拉曼活性的，参与拉曼散射过程.布里渊区声子色散曲线上的各波矢都以一定的权重对拉曼散射作贡献.由于布里渊区中心Γ点附近的光学声子的振动频率ω随波矢q的增大而减小，所以晶粒尺寸越小，拉曼峰的红移越大.随着峰的红移，伴随谱线展宽，并且不对称性增加［5］.图7 －520 cm－1附近Stokes谱峰与antitokes谱峰强度比值Is/Ias随激光功率的变化Fig.7 Transformation of Is/Ias near－520 cm－1但是不同研究小组对多孔硅拉曼光谱研究的报道结果不同，对拉曼光谱的分析也没有统一的观点.我们认为，多孔硅的拉曼光谱的数值拟合至少要考虑以下三个方面才能得到较好的拟合结果.第一，对每个具体的多孔硅样品而言，其构成并不是只有一种量子尺寸，而是具有一定范围的尺寸分布，所以要考虑尺寸分布导致的谱线展宽效应.另外，多孔硅中的微粒也可能是柱状或介于二维和三维之间，这也对实验结果产生影响.第二，多孔硅中的应变也对拉曼谱产生影响.在分析拉曼光谱时，除了考虑由于晶粒变小引起的声子空间限制效应外，还要考虑由于晶格体积变化引起的应变.前者导致光学声子能量的红移和非对称展宽，后者则主要表现在拉曼峰的附加移动［6］.第三，色散关系对拉曼谱的拟合有影响.对同样的谱线，选取不同的色散关系，得到不同的结果.多孔硅材料的光学声子色散关系将不同于单晶硅的，应采用多孔硅体材料的色散关系才能得到较理想的拟合结果［7］.至于多孔硅拉曼光谱的双峰现象，许多文献都曾有所报道.但报道的实验结果不尽相同，这又导致各研究小组的结论不同.实验结果的差异与原材料、制备条件、化学环境、测量条件以及研究人员背景等差异有关.Zhang等人［8］研究了多孔硅在不同波长的激光激发下的拉曼光谱，发现520 cm－1的拉曼峰随激发波长的变短而减弱，甚至消失，只剩下509 cm－1的宽拉曼带，认为是由于穿透深度随波长的减小而减小引起的，所以指认509 cm－1的拉曼峰是多孔硅的本征拉曼峰，而520 cm－1的拉曼峰来源于晶体硅衬底.Tsu等人［9］观察到了两个拉曼峰，位于518 cm－1的谱峰较强，位于510 cm－1的谱峰较弱，分别指认为多孔硅的LO和TO声子模.梁二军等人［10］研究了掺钛水热法制备的多孔硅在不同激光功率激发下的拉曼光谱，当激光功率增大到某一阈值时，拉曼光谱在520 cm－1附近的单峰分裂为双峰，他们解释为激光功率的增大，引起多孔硅的晶格畸变，使LO和TO声子模产生分裂.在我们的实验中，在激光功率达到一定值时，单峰变为双峰，我们认为这是由于随着q远离布里渊中心，在一定阈值处光学声子的简并状态发生分裂，即LO和TO 声子模分离开来，同一q处的LO和TO声子模对应不同的能量.我们还可以根据斯托克斯和反斯托克斯散射强度的比值来计算一定条件下的多孔硅样品表面的局域温度.由可得其中h为普朗克常数，k为玻尔兹曼常数，Is和Ias分别为斯托克斯和反斯托克斯散射分量的光谱积分强度，υ为激发激光频率，υ1为拉曼频移，T为绝对温度.虽然针对多孔硅的光学模和横声学模这两种模式都可以计算温度，但是520 cm－1附近的光学模是强拉曼振动带，它给出的拉曼振动强度更真实，所以由它计算出的温度也更为准确［11］.所以我们选择了多孔硅光学模的振动模式来计算一定功率时多孔硅样品表面的温度.计算结果列于表1.表1 不同功率下的样品温度Tab.1 Temperature of porous silicon sample under different laser power曲线a b c d e激光功率/mW样品温度/k 0.05 296.0 0.5 297.9 1.25 319.6 2.5 363 5 428.63 结论本文研究了多孔硅在520 cm－1和300 cm－1附近的拉曼光谱随激光功率的变化.在632.8 nm激光激发下，随着激光功率的增加，多孔硅520 cm－1附近的单峰向低波数移动，并且出现不对称的谱线展宽，当功率达到一定阈值时，该单峰分裂为两个拉曼峰.我们对实验结果进行了分析和讨论，拉曼峰的红移和展宽是光学声子的量子限制效应引起的，激光功率达到一定值时，随着q远离布里渊区中心，LO和TO声子模发生劈裂，所以单峰变为双峰.另外，在低波数附近，没有观察到非晶硅的拉曼信号，说明我们的样品中没有非晶硅产生.我们还根据斯托克斯和反斯托克斯散射强度的比值计算了多孔硅样品表面的局域温度，结果表明，随着激光辐照功率的增加，样品表面局域温度明显升高.参考文献［1］ CANHAM L T.Silicon quantum array fabrication by electrochemical dissolution of wafers［J］.Appl Phys Lett，1990，57(10):1 046—1 048. ［2］ YI lAN K，YU Q，ZHEN K L，et al.An application of Raman spectroscopy on the measurement of 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