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QUANTUM量子科學儀器貿易（北京）有限公司
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石墨烯/二維材料電學性質非接觸快速測量系統-ONYX是一款針對石墨烯、半導體薄膜和其他二維材料大面積太赫茲無損表征的測量設備。
西班牙Das Nano公司成立于2012年，是一家提供高安全級別打印設備，太赫茲無損檢測設備以及個人身份安全驗證設備的高科技公司。ONYX是其在各地范圍內推出的一款針對石墨烯、半導體薄膜和其他二維材料大面積太赫茲無損表征的測量設備。ONYX采用*的脈沖太赫茲時域光譜技術，實現了從科研及到工業級的大面積石墨烯及二維材料的無損和高分辨，快速的電學性質測量，為石墨烯和二維材料科研和產業化研究提供了強大的支持。
與傳統四探針測量法相比，ONYX無損測量樣品質量空間分布
與拉曼，AFM，SEM相比，ONYX能夠快速表征超大面積樣品
背景介紹
太赫茲輻射( T射線)通常指的是頻率在0. 1～10THz、波長在30 μm-3 mm之間的電磁波，其波段在微波和紅外之間，屬于遠紅外和亞毫米波范疇。該頻段是宏觀經典理論向微觀量子理論的過度區，也是電子學向光子學的過渡區。在20世紀80年代中期以前,由于缺乏有效的產生方法和探測手段,科學家對于該波段電磁輻射性質的了解和研究非常有限,在相當長的一段時期,很少有人問津。電磁波譜中的這一波段(如下圖) ,以至于形成遠紅外和亞毫米波空白區,也就是太赫茲空白區（THz gap）。
太赫茲波段顯著的特點是能夠穿透大多數介電材料（如塑料、陶瓷、藥品、絕緣體、紡織品或木材），這為無損檢測（NDT）開辟了一個可能的新世界。同時，許多材料在太赫茲頻率上呈現出可識別的頻率指紋特性，使得太赫茲波段能夠實現對許多材料的定性和定量研究。太赫茲波的這兩個特性結合在一起，使其成為一種全新的材料研究手段。而且其光子能量低，不會引起電離，可以做到真正的無損檢測。
ONYX工作原理
ONYX是實現石墨烯、半導體薄膜和其他二維材料全面積無損表征的測量系統，能夠滿足測試面積從科研級（mm2）到晶元級（cm2）以及工業級（m2）的不同要求。與其他大面積樣品的測量方法（如四探針法）相比，ONYX能夠直觀得到樣品導電性能的空間分布。與拉曼、掃描電鏡和透射電鏡等微觀方法相比，微米級的空間分辨率能夠實現對大面積樣品的快速表征。
ONYX采用*的脈沖太赫茲時域光譜THz-TDS技術，產生皮秒量級的短脈太赫茲沖輻射。穿透性*的太赫茲輻射穿透進樣品達到各個界面，均會產生一個小反射波可以被探測器捕獲，獲得太赫茲脈沖的電場強度的時域波形。對太赫茲時域波形進行傅里葉變換,就可以得到太赫茲脈沖的頻譜。分別測量通過試樣前后(或直接從試樣激發的)太赫茲脈沖波形,并對其頻譜進行分析和處理,就可獲得被測樣品介電常數，吸收吸收以及載流子濃度等物理信息。再利用步進電機完成其掃描成像，得到其二維的電學測量結果。
ONYX主要參數及特點
樣品大小: 10x10mm-200x200mm 全面的電導率和電阻率分析 樣品100%全覆蓋測量 分辨率：50μm *非接觸無損 無需樣品制備 | 載流子遷移率, 散射時間, 濃度分析 可定制樣品測量面積(m2量級) 超快測量速度： 12cm2/min 軟件功能豐富，界面友好 全自動操作 |
圖1 太赫茲光譜范圍及信噪比
ONYX主要功能
→ 直流電導率（σDC） → 載流子遷移率, μdrift → 直流電阻率, RDC | → 載流子濃度, Ns → 載流子散射時間，τsc → 表面均勻性 |
ONYX應用方向
石墨烯材料： → 單層/多層石墨烯 → 石墨烯溶液 → 摻雜石墨烯 → 石墨烯粉末 → 氧化石墨烯 → SiC外延石墨烯 | 其他二維材料： → PEDOT → Carbon Nanotubes → ITO → NbC → IZO → ALD-ZnO |
石墨烯 |
光伏薄膜材料 |
半導體薄膜 |
電子器件 |
PEDOT |
鎢納米線 |
GaN顆粒 |
Ag 納米線 |
測試數據
1. 10x10mm CVD制備的石墨烯在不同分辨率下的電導率結果
2.10 x10mm CVD制備的石墨烯不同電學參數測量結果
3.利用ONYX測量ALD沉積在硅基底上的TiN電導率測量結果
發表文章
1. P Bogild et al. Mapping the electrical properties of large-area graphene. 2D Mater. 4 (2017) 042003.
2. S Fernández et al. Advanced Graphene-Based Transparent Conductive Electrodes for Photovoltaic Applications. Micromachines 2019, 10, 402.
3. David M. A. Mackenzie et al. Quality assessment of terahertz time-domain spectroscopy transmission and reflection modes for graphene conductivity mapping. OPTICS EXPRESS 9220, Vol. 26, No. 7, 2 Apr 2018.
4. A Cultrera et al. Mapping the conductivity of graphene with Electrical Resistance Tomography. Scientific Reports , (2019) 9:10655
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