ラマン分光分析テクニック

測定テクニック編

第12回 冷却加熱下のその場ラマン測定事例

掲載日 2014年12月15日

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前回の「加熱冷却下でその場測定をする」に引き続き、今回は加熱冷却時のラマン測定例をご紹介します。

 

加熱下のその場測定例

ポイント測定(Si基板、黒鉛)

以下に示すク゛ラフは、シリコン単結晶基板およひ゛黒鉛を加熱しなか゛ら測定したラマンスヘ゜クトルて゛す。

Si加熱時のラマンスペクトル
▲(a) Si加熱時のラマンスペクトル
黒鉛加熱時のラマンスペクトル
▲(b) 黒鉛加熱時のラマンスペクトル
 

シリコンのテ゛ータて゛は、加熱に伴ってシリコンのヒ゜ーク位置か゛低波数側へシフトし、かつヒ゜ーク幅か゛フ゛ロート゛に変化していることか゛確認て゛きます。このピークシフトは加熱による格子間隔の増加によるものであり、ピーク幅の増加はその格子間隔が広がりを持っていることに起因しています。

また、温度上昇に伴って高波数領域のヘ゛ースラインか゛上昇していることも確認て゛きます。これは熱輻射によるものて゛、加熱温度によってはラマン分光測定を妨害することか゛あります。900°Cにおけるシリコンと黒鉛のラマンスヘ゜クトルを比へ゛ると、シリコンの場合にはヒ゜ークか゛比較的低波数側にあるため熱輻射の影響か゛小さくヒ゜ークか゛認識て゛きますか゛、高波数領域にヒ゜ークを持つ黒鉛の場合て゛は、熱輻射によってヒ゜ークか゛埋もれてしまいます。

このように加熱ステーシ゛を用いた測定の際に、ラマンヒ゜ークか゛熱輻射に埋もれてしまう場合には、より短波長の励起光を用いることか゛必要て゛す。また、ストークスラマン散乱光て゛はなく、励起光より短波長側のアンチストークスラマン散乱光を測定することも有効た゛と考えられます。

 
イメージング測定(Ge薄膜)

加熱下のイメージング測定事例は、下記アプリケーションノートをご覧ください。加熱によって結晶ゲルマニウムが成長していく様子をラインプロファイルで観察した例です。

Application note
→非晶質Ge薄膜のAu誘起結晶成長のその場観察
 
 

冷却下のその場測定例

ポイント測定(BaTiO3

クライオスタットを使ったBaTiO3のラマン測定例を示します。室温から冷却するにつれて結晶構造が変化していき、スペクトルに大きな変化が起きている様子が見て取れます。

 
BaTiO3の冷却下でのラマンスペクトル変化
イメージング測定例(グラフェン)

グラフェンを冷却専用ステージ(クライオスタット)にて液体窒素温度に冷却したイメージング例を示します。ガラス補正50倍対物レンズを使用した結果で、クライオスタット窓越しの観察において、高い分解能を維持したまま層数確認ができています。また、冷却によってGバンドおよび2Dバンドのピーク位置がシフトしていることが確認できました。

 
グラフェンの冷却下でのラマンイメージ
 

当社レーザーラマン顕微鏡RAMANforceは、本格的なレーザー走査のラマン顕微鏡です。イメージを得るのにレーザー光を動かすことの利点が冷却加熱観察において最大限発揮されます。なぜなら、ステージ周辺のケーブル・配管、場合によってはステージ本体をしっかり顕微鏡に固定して、外界からの振動の影響を遮断した状態でも、イメージングすることが可能だからです。ステージ走査、すなわち冷却加熱ステージ本体を動かしてイメージをとるケースでは、そうはいきません。そもそも、クライオスタットのような大がかりなシステムでは高精度にステージを動かすことが容易でなく、イメージングすること自体がほぼ不可能といえます。