拉曼(Raman)光譜

稱之為anti-Stokes line。而此散射光的頻率與ν0的差便稱之為拉曼偏 移(Raman shift)。拉曼偏移與入射光的頻率並無關係，而與試件分子

的振動能階有關，因此拉曼光譜可用來研究分子光譜和分析分子的結 構。圖2-12為拉曼散射與雷立散射的能階圖[53-54]。

圖2-12 拉曼散射與雷立散射的能階圖[53-54]

拉曼散射是利用光束照射到分子或晶體時，光子與分子碰撞，除 了動量有改變外，也可能會有能量交換。動量的改變會造成改變光子 進行的方向，向四方散射；而能量的交換則會改變光子的能量，使頻 率(波長或波數)升高或降低[95]。收集散射光可得一光譜，再依照譜 線的位置可以檢定物質的成份及構造。拉曼光譜可提供材料的結晶性 質及原子間鍵結的訊息，這也是一種非常簡單且非破壞性檢測的一種 方法。對於類鑽薄膜的結構分析與鑑定，拉曼光譜分析應是最直接

且最方便的方法[96]。圖2-13為拉曼原理圖[53-54]。

圖2-13 拉曼原理圖[53-54]

2.6.2 Raman 光譜檢測分析

利 用 拉 曼 光 譜 分 析 類 鑽 薄 膜 時 ， 通 常 所 量 測 的 遷 移 波 數 由 800cm

^-1

至 2300 cm

^-1

，所測得之圖形即為拉曼位移相對強度之曲線。

在實施拉曼光譜分析類鑽薄膜之前，先以鑽石作為標準拉曼遷移譜線 之校正。相對於鑽石的拉曼光譜波峰(peak)位於 1332 cm

^-1

的位置，

石墨在 1350 cm

^-1

及 1580 cm

^-1

的位置各有一波峰[97-99]。一般而 言，類鑽薄膜之拉曼光譜在1400 cm

^-1

~1700 cm

^-1

附近有較明顯的強 度，尤其在1550 cm

^-1

會有一較強之波峰[100-101]。當得到此一波峰

線。一條定義為D-band(D 代表 thedisordered graphite-like structure)，；

另一條為G-band(G 代表 the graphite structure)[62-63]。通常 D-band 的 波峰會在1350 cm

^-1

~1360 cm

^-1

附近的位置出現，G-band 的波峰則在 1560 cm

^-1

~1590 cm

^-1

出現[62-67]。得到 D band 與 G-band 之後，便可 以利用原始之拉曼曲線、D-band 與 G-band 之關係的比對，瞭解類鑽

薄膜中含碳物質之結構與結晶關係。為了判定類鑽薄膜中sp

³

鍵結的 含量，所以採用以下參數[66]：

(1) 強度比(intensity ratio)R = I

500 cm-1

/I

1550 cm-1

[88]：

利用類碳鑽膜在 500 cm

^-1

附近之低頻振動的特性和主光譜線(G- band)1550 cm

^-1

附近之間的不同作對照。R 值與 sp

³

的含量有關，當 R 值越大，表示 sp

³

的含量越多。

(2) 利用 1100 cm

^-1

~1300 cm

^-1

之斜率，即 S =(I

1300 cm-1

-I

1100 cm-1

)/I

1100 cm-1

[88]：

這個參數主要是要修正D-band 在 1300 cm

^-1

~1400 cm

^-1

出現時，因曲 線應合時，分析上容易發生錯誤的缺點。當試片含有高比例之 sp

³

時，

I

D

/I

G

的強度比非常地小[93-94]，這時選取 D-band 強度非常容易產生 誤差。而選取1100 cm

^-1

~1300 cm

^-1

之斜率，可以發現此斜率與D-band 本身的斜率一致，且斜率與半高寬乃倒數關係。斜率 S 可以充分表 現出 D-band 的半高寬，彌補 D-band 在分析上所產生的錯誤，而且

S 值會隨薄膜中 sp

³

/sp

²

的比例上升而減少。

(3)G-band 的半高寬[66]：

G-band 的半高寬(FWHM，the full width at half maximum)與 D-band

對G-band 的強度比一致。而此參數使用在分析含氫的類鑽薄膜時，

十分地方便與正確。G-band 的半高寬會隨著薄膜的 sp

³

/sp

²

比例上升

而增加。在拉曼分析薄膜時，所測得之拉曼光譜中D-band 的強度越 弱，膜的結構就越偏向鑽石化(sp

³

)的含量也越高)[63]。

在文檔中 中 華 大 學 (頁 42-46)