Analisis Raman Pergeseran Fonon G dan D′ pada Grafin Monolayer hingga Beberapa Lapis yang Dikontrol Kekosongan Melintasi 78–318 K
Abstrak
Defek dalam jaringan heksagonal dari atom karbon hibrida sp² telah terbukti memiliki pengaruh signifikan pada properti intrinsik sistem grafin. Dalam tulisan ini, kami menyajikan studi spektral Raman bergantung suhu puncak G dan pita D’ pada suhu rendah dari 78 hingga 318 K pada grafin monolayer hingga beberapa lapis yang defektif yang diinduksi oleh bombardir ion C+ dengan penentuan kekosongan seragam. Defek menyebabkan peningkatan koefisien suhu negatif puncak G, dengan nilai hampir identik dengan pita D’. Namun, variasi frekuensi dan lebar garis puncak G dengan jumlah lapis berlawanan dengan pita D’. Ini berasal dari interaksi elektron-fonon terkait pada fonon G dan D’ dalam proses pencaran Raman yang diinduksi oleh gangguan. Hasil kami bermanfaat untuk memahami mekanisme fonon bergantung suhu dalam materi berbasis grafin dan memberikan informasi berharga tentang properti termal defek untuk aplikasi perangkat berbasis grafin.
Pendahuluan
Materi berbasis grafin telah menjadi materi yang menjanjikan yang menghubungkan perangkat termal, elektronik, dan fotonik [1, 2] karena properti menariknya [3, 4] karena sebagian besar studi awal difokuskan pada grafin monolayer (1LG) [3, 4] dan kemudian dipindahkan ke grafin beberapa lapis (FLGs) [5, 6] karena kesetidakan bandgap yang menjanjikan [7, 8]. Pencaran Salah satu teknik yang banyak digunakan untuk mengkarakterisasi properti fonon materi berbasis grafin [2, 9]. Properti transport termal mereka dapat diselidiki dengan mempelajari spektral Raman bergantung suhu (T-dependent). Balandin et al. [10] pertama kali mengukur konduktivitas termal dari 1LG yang diekfoliasi secara mekanis dengan memantau pergeseran puncak G dengan pemanasan laser, dan Ghosh et al. [11] kemudian menyelidiki transport termal pada FLGs yang diekfoliasi secara mekanis menggunakan teknik yang sama. Dalam banyak aplikasi praktis, defek pada 1LG dan FLGs tidak dapat dihindari oleh berbagai metode persiapan dan bahkan modifikasi struktur grafin sempurna diperlukan untuk menyesuaikan parameter listrik dan meningkatkan aktivitas kimia yang rendah [12, 13]. Penting untuk mempelajari bagaimana defek mempengaruhi properti fonon grafin untuk mendapatkan pemahaman mendalam tentang properti transport termal mereka. Meskipun telah beberapa laporan tentang properti fonon bergantung suhu pada kasus lapisan grafin dotasi nitrogen dan boron [14], tidak ada diskusi mekanisme karena mekanisme yang potensial relatif kompleks, seperti perubahan tingkat Fermi karena kotoran muatan, perubahan panjang ikatan N–C atau B–C, dan interaksi jarak jauh antara defek titik nitrogen atau boron. Hingga saat ini, tidak ada laporan yang secara khusus menyelidiki properti fonon bergantung suhu pada grafin dengan kekosongan. Namun, kekosongan [15] adalah salah satu defek yang paling mungkin terjadi dalam materi grafin sintetik dengan lapisan satu atom dari atom karbon yang terikat kovalen dengan hibrida sp² yang dipadatkan dalam jaringan kristal sarang lebah.
Untuk mengklarifikasi properti fonon yang berbeda dengan grafin murni, kami melakukan pengukuran Raman bergantung suhu pada 1LG dan FLGs yang diekfoliasi secara mekanis setelah bombardir ion C+. Bombardir ion beam telah menjadi metode yang efektif untuk menyelesaikan pemotongan dan perforasi grafin [16], yang dapat memperkenalkan kekosongan dengan seragam ke dalam jaringan heksagonal atom karbon oleh bombardir ion C+. Selain puncak G yang paling penting (~ 1582 cm⁻¹) yang berasal dari struktur grafin intrinsik, beberapa fitur simetri tambahan di dekat puncak G seperti puncak D’ terkait defek [17] (~ 1620 cm⁻¹) dapat ditemukan. Dalam tulisan ini, kami menyajikan studi properti fonon bergantung suhu puncak G dan puncak D’ pada suhu rendah dari 78 hingga 318 K pada 1LG dan FLGs dengan kekosongan dan mencoba untuk membahas mekanisme efek fonon defek dan perilaku Raman T-dependent ekstrinsik. Hasil kami bermanfaat untuk memberikan informasi T-dependent tentang deteksi pada properti termal flakes grafin untuk aplikasi perangkat.
Materi dan Metode
Grafit pirolitik sangat terarah (HOPG) diekfoliasi secara mekanis pada substrat Si {100} yang sama yang dilapisi dengan 89-nm SiO₂ untuk mendapatkan 1LG dan FLGs. Kami menggunakan notasi NLG untuk menunjukkan flakes dengan N lapis. Jumlah lapis (N) dari NLG diperkirakan oleh pengukuran Raman rasio intensitas Si antara puncak Si (I(Si_G)) dari substrat SiO₂/Si yang melapisi flakes grafin dan puncak Si (I(Si_0)) dari substrat SiO₂/Si yang tidak dilapisi [18]. Nilai standar I(Si_G)/I(Si_0) untuk flakes NLG yang disimpan pada substrat SiO₂/Si telah diberikan dalam data tambahan referensi [19]. Kami menyiapkan beberapa set flakes grafin dengan N yang ditentukan dan memilih 2 set flakes 1LG-4LG, 6LG, dan 10LG. Kekosongan diperkenalkan secara sengaja oleh bombardir ion C+ untuk satu set sampel (disebut set defektif), dengan set bebas defek sebagai kontras. Ion C+ energi rendah membombardir secara tegak lurus ke permukaan sampel pada suhu ruangan yang dilakukan menggunakan sistem tipe LC-4 dengan dosis dan energi kinetik 2 × 10¹³ cm⁻² dan 80 keV, masing-masing. Setelah bombardir ion C+, puncak D pada ~ 1350 cm⁻¹ dan puncak D’ pada ~ 1620 cm⁻¹ muncul dalam spektral Raman flakes NLG, seperti yang digambarkan pada Gambar 1. Spektral Raman set bebas defek juga diplot pada Gambar 1. Spektral Raman diukur oleh eksitasi laser 532-nm pada suhu ruangan di bawah lensa objektif × 100 (NA = 0,90). Kedua set ini memiliki ketebalan yang sama untuk memfasilitasi perbandingan. Puncak G pada dasarnya tetap pada 1582 cm⁻¹ sebelum dan setelah bombardir ion C+, yang menunjukkan bahwa defek pada sampel hanya memecah simetri jaringan sarang lebah karbon tetapi tidak menyebabkan dopant yang jelas yang harus membuat frekuensi puncak G naik. Ini membuat penelitian berikutnya lebih sederhana. Ada pita spektral lain yang layak diperhatikan sekitar 2700 cm⁻¹ sebelum dan setelah bombardir ion C+, yang disebut pita 2D [17] dan merupakan overton dari pita D [17]. Bentuk garis pita 2D telah banyak digunakan untuk membedakan jumlah lapis grafin dari satu hingga empat lapis [20, 21]. Namun, pita 2D menjadi lembut dan penuh setelah bombardir ion C+ dan ketergantungannya pada jumlah lapis grafin menjadi buram karena perubahan jaringan untuk memodifikasi kurva dispersi fonon.
Spektral Raman 1LG-4LG, 6LG, dan 10LG untuk set bebas defek dan defektif diukur pada suhu ruangan dalam rentang 1250–2850 cm⁻¹
Untuk memeriksa seragamnya kekosongan yang diperkenalkan ke dalam struktur grafin oleh bombardir ion C+, kami mengukur pemetaan Raman dari sampel dari set defektif, dengan set bebas defek sebagai kontras. Pemetaan Raman diukur pada suhu ruangan dalam pencaran balik dengan sistem mikro-Raman HR Evolution, dilengkapi dengan SWIFT™ CCD unik, lensa objektif × 100 (NA = 0,90). Grating 1800 g/mm menghasilkan resolusi spektral 0,5 cm⁻¹. Eksitasi laser 532 nm digunakan. Daya laser di bawah 2 mW digunakan untuk menghindari pemanasan sampel. Pengukuran pemetaan dilakukan menggunakan panggung bermotor. Koordinat xy dari setiap titik sebelumnya diatur untuk menemukan fokus yang dioptimalkan. Gambar pemetaan dibuat untuk setiap koordinat xy dengan mengambil 100 titik pada permukaan sampel dengan array titik probing 10 × 10 yang jaraknya sama. Dalam semua kasus, langkah x, y adalah 0,5 μm. Spektral Raman diukur dalam rentang 1250–2850 cm⁻¹. Pemetaan intensitas puncak G I(G) sebagai referensi untuk defek yang terkandung dalam flakes grafin ditunjukkan pada Gambar 2 untuk 1LG, 2LG, dan 3LG bebas defek dan defektif. Gambar mikroskop optik dari sampel yang sesuai juga ditunjukkan pada Gambar 2. I(G) sensitif terhadap jumlah defek [22] pada konsentrasi defek rendah dalam sistem grafin karena puncak G berasal dari peregangan ikatan C–C dalam semua pasang atom sp² di dalam cincan dan rantai. Selain itu, puncak G adalah fonon yang berasal dari proses pencaran Raman orde pertama normal dalam sistem grafin, dan intensitasnya dapat ditingkatkan karena proses resonansi [2] karena energi eksitasi cocok dengan transisi dari band valensi ke band konduksi. Warna pemetaan I(G) pada hampir semua sampel pada dasarnya homogen di seluruh lembar untuk menentukan seragamnya struktur atom lapisan grafin. I(G) pada flakes NLG defektif lebih rendah daripada pada flakes NLG bebas defek karena perkenalan kekosongan. Meskipun warna beberapa titik di sudut pada set sampel defektif menunjukkan sedikit perbedaan, kami dapat mengidentifikasi seragamnya kekosongan pada bagian dominan sampel defektif. Selain itu, defek dapat dikarakterisasi oleh jarak rata-rata antara defek terdekat (L_D) [22, 23]. Kami menghitung distribusi defek L_D yang sekitar 4–6 nm pada 1LG yang dibombardir C+ berdasarkan rasio intensitas antara pita D dan puncak G, yaitu I(D)/I(G), menggunakan hubungan Tuinstra-Koenig yang terkenal [24] (pemetaan L_D pada 1LG yang dibombardir C+ ditunjukkan pada Gambar f1 dengan penjelasan fisik lebih lanjut dalam tambahan.) I(D) juga secara langsung terkait dengan jumlah defek [23, 25] karena mode D sesuai dengan fonon karena kehadiran defek. Mempertimbangkan bahwa fitur D bisa kompleks pada FLGs [26] mirip dengan pita 2D, pemetaan I(D) ditunjukkan untuk 1LG, 2LG, dan 3LG defektif pada Gambar f2 dari tambahan.
Pemetaan I(G) untuk 1LG, 2LG, dan 3LG bebas defek dan defektif dan citra mikroskop optik dari sampel yang sesuai
Untuk sampel yang disiapkan di atas, kami mengukur spektral Raman bergantung suhu dekat band G (termasuk puncak G dan pita D’) pada kedua set sampel bebas defek dan defektif dari flakes 1LG-4LG, 6LG, dan 10LG. Spektral Raman bergantung suhu diukur dalam pencaran balik dengan sistem mikro-Raman HR Evolution, dilengkapi dengan SWIFT™ CCD unik. Sampel dipasang pada pemegang sampel buatan sendiri yang terdiri dari cakram tipis tembaga dengan tiang tengah dan lubang diameter 500 μm. Pengukuran dilakukan pada panggung suhu rendah Linkam yang didinginkan nitrogen cair (LN₂) dilengkapi dengan pengontrol suhu. Panggung pendingin terprogram THMS600 (Linkam Scientific Instruments) mencakup rentang suhu dari 78 hingga 318 K dalam lingkungan gas N₂. Instrumen Linkam memiliki stabilitas suhu ± 0,1 K. Menggunakan grating dengan densitas gerigi 1800 g/mm, resolusi spektral yang dicapai adalah 0,5 cm⁻¹. Lensa objektif jarak kerja panjang × 50 (NA = 0,45) digunakan, mencapai resolusi spasial lebih baik dari 1 μm. Semua spektrum dieksitasi dengan laser 532-nm. Selama semua pengukuran, daya laser dipertahankan cukup rendah untuk mencegah pemanasan sampel. Waktu integrasi 20 s diadopsi untuk memastikan rasio sinis-kebisingan yang baik. Ketergantungan T dari mode Raman diukur dalam rentang dari 78 hingga 318 K dan direkam pada interval 10 K, untuk set bebas defek dan defektif.
Hasil dan Pembahasan
Studi pertama kali berkaitan dengan puncak G. Gambar 3 menunjukkan posisi puncak G bergantung suhu (Pos(G)) untuk set bebas defek dan defektif. Data pada 1LG relatif fluktuatif dan jauh dari data lapis lainnya. Ditemukan bahwa Pos(G) pada 1LG bebas defek dan defektif menunjukkan penurunan bertahap seiring peningkatan suhu, yang menunjukkan hubungan linear yang konsisten dengan laporan untuk grafin intrinsik [14, 27, 28]. Pos(G) dapat dicocokkan dengan persamaan linier, ω(T) = ω0 + χT [29], di mana ω0 adalah posisi puncak pita getaran pada suhu nol Kelvin dan χ mewakili koefisien suhu orde pertama dari mode. 1LG bebas defek menunjukkan koefisien suhu negatif − (1,56 ± 0,20) × 10⁻² cm⁻¹/K (diplot oleh garis titik biru pada Gambar 3a), yang pada dasarnya konsisten dengan laporan sebelumnya untuk 1LG intrinsik [14, 27, 28]. Koefisien suhu 1LG defektif ditemukan − (2,52 ± 0,20) × 10⁻² cm⁻¹/K (diplot oleh garis titik biru pada Gambar 3b), nilai yang lebih besar daripada 1LG bebas defek, mirip dengan laporan sebelumnya tentang dotasi nitrogen atau boron [14]. Untuk sampel dengan lebih banyak lapis, Pos(G) jauh lebih kecil daripada 1LG, tetapi tren bergantung suhu mendekati 1LG pada kedua set bebas defek (diplot oleh garis titik merah muda pada Gambar 3a) dan set defektif (diplot oleh garis titik merah muda pada Gambar 3b). Meskipun beberapa laporan sebelumnya menyarankan bahwa koefisien suhu puncak G pada sampel yang lebih tebal sedikit lebih kecil daripada 1LG [27, 28], data kami menunjukkan bahwa ia tidak sensitif terhadap jumlah lapis dalam rentang sempit dari 78 hingga 318 K. Namun, Pos(G) pada set bebas defek lebih besar daripada pada set defektif, yang seharusnya merupakan hasil dari bombardir ion C+.
Pos(G) bergantung T dari 1LG-4LG, 6LG, dan 10LG untuk a set bebas defek dan b set defektif dalam rentang suhu 78–318 K
Lebar garis Raman adalah kualitas lain yang signifikan untuk mengungkap interaksi elektron dan fonon ketika struktur kristal berubah. Gambar 4 menunjukkan lebar garis setengah maksimum puncak G bergantung suhu (FWHM(G)) untuk set bebas defek dan defektif. Ditemukan bahwa FWHM(G) tidak sensitif terhadap suhu untuk kedua set bebas defek dan defektif, yang konsisten dengan hasil FWHM(G) bergantung suhu terbaru dari grafit murni [30]. Menarik untuk dicatat bahwa FWHM(G) bergantung suhu pada berbagai sampel grafin telah dibahas [14, 31, 32] dan memiliki beberapa ketidaksesuaian; misalnya, Lin et al. [31] mengamati tren peningkatan pada grafin tidak didukung, Kolesov et al. [32] menunjukkan T-dependensi yang berbeda pada grafin didukung pada berbagai substrat, dan bahkan Late et al. [14] menunjukkan ketergantungan sedikit positif atau tidak sensitif pada kasus grafit dotasi nitrogen atau boron. Namun, pada rentang suhu rendah di bawah 350 K, FWHM(G) selalu konstan pada semua sampel [14, 31, 32] mungkin karena kontribusi yang lebih lemah dari anarmonik fonon dan kopling elektron-fonon (EPC) pada rentang suhu rendah [29, 33]. Selain itu, FWHM(G) dari 1LG hingga 10LG adalah dari 9,2 hingga 14,6 cm⁻¹ pada set bebas defek dan dari 10,9 hingga 16,1 cm⁻¹ pada set defektif. Nilai FWHM(G) pada set defektif lebih besar daripada pada set bebas defek, yang seharusnya merupakan hasil lain dari bombardir ion C+.
FWHM(G) bergantung T dari 1LG-4LG, 6LG, dan 10LG untuk a set bebas defek dan b set defektif dalam rentang suhu 78–318 K
Kami kemudian mempelajari pita D’ terkait defek. Gambar 5a menunjukkan Pos(D’) untuk set defektif. Ketika suhu meningkat dari 78 hingga 318 K, Pos(D’) menurun secara linear hingga 1620 cm⁻¹ pada 1LG yang dibombardir C+ dengan kemiringan sekitar − (2,37 ± 0,20) × 10⁻² cm⁻¹/K (diplot oleh garis titik biru pada Gambar 5a). Pos(D’) bergeser ke nilai yang lebih besar pada lapis tebal tetapi memiliki kemiringan bergantung suhu yang sama seperti 1LG (diplot oleh garis titik merah muda pada Gambar 5a). FWHM(D’) tidak menunjukkan ketergantungan T yang jelas seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5b. FWHM(D’) berkisar dari 7,6 hingga 14,4 cm⁻¹ dari 1LG hingga 10LG, tetapi menurun seiring bertambahnya lapis. Jelas bahwa pita D’ menunjukkan koefisien suhu yang mirip dengan puncak G setelah bombardir ion C+. Namun, Pos(D’) meningkat sementara Pos(G) menurun; secara bersamaan, FWHM(D’) menurun sementara FWHM(G) meningkat seiring bertambahnya lapis grafin.
Pos(D’) bergantung T a dan FWHM(D’) b dari 1LG-4LG, 6LG, dan 10LG untuk set defektif dalam rentang suhu 78–318 K
Dengan meninjau karya sebelumnya, kami menyadari bahwa ada beberapa faktor yang mempengaruhi spektral Raman sistem grafin. Pertama, studi Raman bergantung suhu pada grafin murni telah dijelaskan oleh anarmonik fonon dan EPC [29]. Namun, spektral Raman juga dapat bergantung pada sampel dalam kehadiran kekosongan. Koefisien suhu puncak G pada sampel grafin defektif ditemukan lebih besar daripada sampel bebas defek. Karena EPC menginduksi peningkatan Pos(G) sementara anarmonik fonon menurunkannya ketika suhu meningkat, dominasi anarmonik fonon menyebabkan pelunakkan fonon G dan sehingga menghasilkan koefisien suhu negatif untuk puncak G [29]. Setelah bombardir ion C+, mungkin perubahan jaringan memodifikasi EPC yang mengakibatkan pengakaran fonon G; sesuai dengan itu, koefisien suhu puncak G menjadi lebih sedikit negatif. Sementara itu, Pos(G) pada set bebas defek lebih besar daripada pada set defektif, yang berarti penurunan energi fonon karena perubahan jaringan oleh kekosongan [34]. Kedua, nilai FWHM(G) pada set defektif lebih besar daripada pada set bebas defek, yang berarti penurunan umur fonon karena efek pembatasan fonon [35] ketika struktur atom grafin dihancurkan oleh kekosongan. Ketiga, FLGs dibentuk dengan menumpuk sejumlah 1LG sepanjang sumbu c, dan anarmonik fonon serta EPC mereka berkaitan erat dengan 1LG. Koefisien suhu band G pada FLGs mendekati 1LG pada sampel bebas defek dan defektif. Namun, ada beberapa perbedaan di antaranya. Karakter ultratipis 1LG membuat perlu untuk mempertimbangkan efek substrat. Pos(G) pada 1LG lebih tinggi daripada pada sampel yang lebih tebal untuk kedua set bebas defek dan defektif. Pos(G) naik hingga ~ 1588 cm⁻¹ pada 1LG bebas defek dan ~ 1584 cm⁻¹ pada 1LG defektif pada 300 K dalam eksperimen variabel suhu meskipun Pos(G) pada dasarnya tetap pada 1582 cm⁻¹ dalam pengukuran suhu ruangan. Alasannya mungkin adalah ketidakcocokan koefisien ekspansi termal antara materi dan substrat [36]. Pos(G) pada sampel yang lebih tebal naik secara linear hingga ~ 1582 cm⁻¹ pada set bebas defek dan ~ 1580 cm⁻¹ pada set defektif pada 300 K, yang berarti bahwa ia semakin tidak sensitif terhadap efek substrat seiring bertambahnya lapis grafin. Sementara itu, FWHM(G) secara signifikan menjadi tajam hingga ~ 9,2 cm⁻¹ pada 1LG bebas defek dan ~ 10,9 cm⁻¹ pada 1LG defektif dalam eksperimen variabel suhu meskipun FWHM(G) grafin murni adalah ~ 13 cm⁻¹ dalam pengukuran suhu ruangan. Alasannya mungkin adalah pemblokiran peluruhan fonon menjadi pasangan elektron-lubang [37] karena efek dielektrik substrat pada lapis grafin yang lebih tipis. Terakhir, fonon D’ dapat dianggap sebagai prototipa nontrivial untuk mempelajari efek suhu materi grafin defektif berdasarkan alasan berikut: (1) mode Raman tambahan dapat diamati pada sampel grafin terganggu, misalnya, mode yang disebut D dan D’. Meskipun mode ini tidak dapat dikaitkan dengan mode getaran dari defek itu sendiri, mereka sesuai dengan fonon dengan pelanggaran konservasi momentum [38] karena kehadiran defek dalam sampel. Perilaku bergantung suhu mereka dapat mencerminkan kontribusi dari EPC karena perubahan jaringan pada sampel defektif. (2) Hubungan antara puncak G dan mode D’ baik saling terkait dan kompetitif karena ada interaksi elektron-fonon terkait pada fonon G dan D’ karena frekuensi dan lebar garis mereka bergantung pada struktur elektron conical yang sama di daerah dekat titik K [39]. (3) Fonon D adalah fitur spektral khas lain pada sampel grafin defektif. Namun, pita D menjadi lebar dan kompleks seiring bertambahnya lapis grafin sepanjang sumbu c karena proses antar-lokasi yang menghubungkan dua struktur elektron conical di sekitar titik K dan K’ yang tidak setara [40]. (4) Perhitungan lebih lanjut diperlukan untuk menjelaskan perilaku bergantung suhu mode D’, yang berada di luar cakupan karya ini.
Kesimpulan
Dalam tulisan ini, kekosongan secara seragam diperkenalkan ke dalam struktur karbon oleh bombardir ion C+ dan dikarakterisasi oleh pemetaan Raman I(G). Properti fonon bergantung suhu puncak G dan pita D’ pada 1LG dan FLGs defektif diukur oleh spektrometer Raman digabungkan dengan kriostat Linkam, dengan sampel bebas defek sebagai kontras. Pada suhu dari 78 hingga 318 K, defek menyebabkan peningkatan koefisien suhu negatif puncak G karena perubahan jaringan. Mode D’ sebagai tanda Raman gangguan baik saling terkait dan kompetitif dengan puncak G di bawah interaksi defek-fonon. Koefisien suhu pita D’ hampir identik dengan puncak G. Namun, Pos(D’) meningkat secara bersamaan seiring FWHM(D’) menurun dengan bertambahnya lapis, berlawanan dengan puncak G. Dalam kesimpulan, defek dalam struktur grafin oleh bombardir ion C+ menginduksi perubahan besar pada properti bergantung suhu fonon; oleh karena itu, mereka memiliki pengaruh pada properti fisik sistem grafin. Perkenalan atom asing ke dalam jaringan karbon heksagonal telah menjadi topik hangat saat ini sebagai alat efektif untuk menyesuaikan properti intrinsik sistem grafin. Properti yang sesuai harus diselidiki secara menyeluruh di masa depan.
Ketersediaan Data dan Bahan
Flakes grafin diperoleh oleh pembersih mikroskopik dari kristal grafit bulk (2D semiconductors Inc.) pada substrat SiO₂/Si dengan ketebalan SiO₂ 89 nm. Jumlah lapis (N) diperkirakan oleh pengukuran Raman rasio intensitas Si antara puncak Si (I(Si_G)) dari substrat SiO₂/Si yang melapisi flakes grafin dan puncak Si (I(Si_0)) dari substrat SiO₂/Si yang tidak dilapisi. Kekosongan diperkenalkan secara sengaja oleh bombardir ion C+ untuk satu set sampel (disebut set defektif), dengan set bebas defek sebagai kontras. Ion C+ energi rendah membombardir secara tegak lurus ke permukaan sampel pada suhu ruangan yang dilakukan menggunakan sistem tipe LC-4 dengan dosis dan energi kinetik 2 × 10¹³ cm⁻² dan 80 keV, masing-masing. Pemetaan Raman diukur pada suhu ruangan dalam pencaran balik dengan sistem mikro-Raman HR Evolution, dilengkapi dengan SWIFT™ CCD unik, lensa objektif × 100 (NA = 0,90). Grating 1800 g/mm menghasilkan resolusi spektral 0,5 cm⁻¹. Eksitasi laser 532 nm digunakan. Daya laser di bawah 2 mW digunakan untuk menghindari pemanasan sampel. Pengukuran pemetaan dilakukan menggunakan panggung bermotor. Koordinat xy dari setiap titik sebelumnya diatur untuk menemukan fokus yang dioptimalkan. Gambar pemetaan dibuat untuk setiap koordinat xy dengan mengambil 100 titik pada permukaan sampel dengan array titik probing 10 × 10 yang jaraknya sama. Dalam semua kasus, langkah x, y adalah 0,5 μm. Spektral Raman bergantung suhu diukur dalam pencaran balik dengan sistem mikro-Raman HR Evolution, dilengkapi dengan SWIFT™ CCD unik. Sampel dipasang pada pemegang sampel buatan sendiri yang terdiri dari cakram tipis tembaga dengan tiang tengah dan lubang diameter 500 μm. Pengukuran dilakukan pada panggung suhu rendah Linkam yang didinginkan nitrogen cair (LN₂) dilengkapi dengan pengontrol suhu. Panggung pendingin terprogram THMS600 (Linkam Scientific Instruments) mencakup rentang suhu dari 78 hingga 318 K dalam lingkungan gas N₂. Instrumen Linkam memiliki stabilitas suhu ± 0,1 K. Menggunakan grating dengan densitas gerigi 1800 g/mm, resolusi spektral yang dicapai adalah 0,5 cm⁻¹. Lensa objektif jarak kerja panjang × 50 (NA = 0,45) digunakan, mencapai resolusi spasial lebih baik dari 1 μm. Semua spektrum dieksitasi dengan laser 532-nm. Selama semua pengukuran, daya laser dipertahankan cukup rendah untuk mencegah pemanasan sampel. Waktu integrasi 20 s diadopsi untuk memastikan rasio sinis-kebisingan yang baik. Ketergantungan T dari mode Raman diukur dalam rentang dari 78 hingga 318 K dan direkam pada interval 10 K, untuk set bebas defek dan defektif.
