高结晶度ReSe2 光电探测器的厚度敏感拉曼强度比研究及其非破坏性厚度标定应用

本研究通过化学气相传输法（CVT）合成高质量二硒化铼（ReSe2 ）晶体，结合XRD、TEM、XPS和拉曼光谱等多维度表征，揭示了其厚度依赖性拉曼强度比（I124 cm ?1 /I158 cm ?1 ）的规律，为二维材料厚度评估提供了新型光谱标记。超薄样品展现出快速（<0.5 s）、稳定的波长依赖性光响应行为，630 nm光照下响应率高达～104%，为各向异性光电器件开发奠定基础。

　　

在二维材料研究热潮中，过渡金属二硫属化物（TMDs）因其可调带隙和层数依赖特性成为明星材料。然而，低对称性的二硒化铼（ReSe₂
）因其独特的各向异性行为备受关注，却面临结晶质量控制和厚度标定难题。传统机械剥离法难以保证材料均匀性，而现有表征技术对纳米级厚度评估缺乏精准非破坏性手段。

台湾成功大学团队通过化学气相传输法（CVT）成功制备高结晶度ReSe₂
单晶，系统研究了其厚度与拉曼光谱强度的关联规律。研究采用X射线衍射（XRD）确认晶体结构，透射电子显微镜（TEM）观察微观形貌，X射线光电子能谱（XPS）分析元素价态，结合电流-电压（I-V）测试和波长可调光电响应实验，建立了材料厚度与性能的定量关系。

Experimental process
通过高温反应高纯铼（Re）和硒（Se）元素制备前驱体，在真空石英管中经10天反应生长块体晶体。剥离后样品经原子力显微镜（AFM）测厚，拉曼光谱检测发现124 cm^?1
与158 cm^?1
峰强比（I₁₂₄
/I₁₅₈
）与厚度呈线性相关。

Results and discussion
XRD显示（001）晶面系列衍射峰半高宽仅0.08°，证实晶体完整性。TEM选区衍射观察到清晰点阵条纹，间距0.28 nm对应（100）晶面。厚度从85 nm降至12 nm时，I₁₂₄
/I₁₅₈
比值从0.31单调增至1.07，该规律在5-100 nm范围内普适。光电测试表明12 nm样品在630 nm光照下响应率较厚样品提升3个数量级。

Conclusions
该研究首次建立ReSe₂
拉曼强度比的厚度标定模型，解决了二维材料无损测厚难题。超薄样品表现出的各向异性光响应特性，为开发偏振敏感光电探测器提供了新材料体系。研究成果发表于《Materials Science in Semiconductor Processing》，通讯作者Cheng-Liang Hsu强调该方法可推广至其他TMDs材料的厚度评估。

重要意义

1. 提出首个基于拉曼强度比的ReSe₂
   厚度定量模型
2. 揭示厚度对光电性能的调控规律，为器件优化提供指导
3. CVT合成工艺为高质量各向异性TMDs制备树立新标准
4. 非破坏性表征策略推动二维材料产业应用进程