單層和/或少層薄膜材料的自動識別的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種自動識別數字圖像中數字表示的層狀薄膜材料（例如單層和/或 少層石墨烯）的方法和系統(tǒng)。
[0002] 少層應理解為包括多達10層或更多。本文中的少層具體地包括單、雙、三和四層。
[0003] 發(fā)明背景
[0004] 石墨烯是包括以蜂窩狀網格排布的單層的碳原子的二維材料。它有許多有利的室 溫性能如導電率幾乎是銅的兩倍，熱導率是銀的十倍以上，電子迀移率幾乎是硅的30倍， 拉伸或楊氏模量約為鋼的5倍，和拉伸強度為金剛石的45倍以上。
[0005] 這些特性使當使用石墨烯的時候許多用途和改進成為可能。
[0006] 高品質石墨稀可以如通過通常稱為微剝離（micro-cleaving)或微機械剝離或各 種剝離方法的技術獲得。
[0007] 可替代地，石墨烯可使用化學氣相沉積（CVD)方法"生長"。然而，CVD法的缺點 是，石墨烯通常在銅或鎳上"生長"，然后需要使用所謂的轉移技術將其轉移到另一個可用 基底。而且，以這種方式獲得的石墨烯的每個相干面積比較小，也就是CVD法的石墨烯可以 被看作包括數量較多的小得多的相鄰石墨烯區(qū)域。
[0008] 石墨烯具有僅為0. 335nm的厚度，憑借此特征，涉及例如原子力顯微鏡（AFM)，掃 描隧道顯微鏡（STM)或掃描電子顯微鏡（SEM)等設備的工具經常被用來恰當地和可靠地識 別石墨烯。然而，使用這些技術是耗時的，設備也相當昂貴。
[0009] 此外，由于研宄或類似等級的單層微剝離石墨烯在4"晶片或類似的晶片上的覆蓋 范圍通常只有少幾千μπι2,這樣耗時的鑒別方法對于大規(guī)模生產或研宄使用是不實際的。 [0010] 可替代地，人工識別石墨烯-這仍在使用-是慢的，乏味和/或容易出錯的，特別 是對碎片樣品。當以正確識別石墨烯所需的適當的分辨率數字化時，人工識別石墨烯的通 常時間花費是如約5秒鐘pr.數字圖像和對于4"晶片為大約6-7小時。
[0011] 專利申請US 2011/0299720公開了一種自動化的方法，用于確定層狀材料樣品中 的原子平面數。根據一個方面，在特定照射條件下對薄膜材料進行校準，其中層狀薄膜材料 的層數和顏色組分值范圍之間的相關性被確定。隨后相關性用于確定包括與校準過程所用 的相同材料的另一個樣品圖像的選擇區(qū)域的層數。為得到準確的結果，圖像需要在與校準 過程所使用的相同的照明條件下捕獲。
[0012] 校準使用例如顯微拉曼光譜儀和原子力顯微鏡（AFM)進行。
[0013] 一旦進行校準，它可以用于其他樣品的層檢測，只要樣品材料和校準材料相同，校 準材料和樣品材料的基底相同，和照明條件保持不變。
[0014] 然而，確保照明條件真正保持不變實際上不簡單，給定的樣品材料將始終有小的 變化例如在厚度上，即使橫穿樣品材料。
[0015] 因此，在數字圖像中識別石墨烯和/或其它的薄膜材料需要自動簡單、可靠、穩(wěn)定 和/或有效的方法。
[0016] 發(fā)明目的和簡沐
[0017] 目標是能夠穩(wěn)定和可靠地自動識別石墨烯和/或其它薄膜材料。
[0018] 進一步的目的是能夠以簡單的和/或有效的方法進行該識別。
[0019] 根據一個方面，這些目標中的一個或多個至少在一定程度上由在數字圖像中自動 識別一個或多個數字表示的單層和/或少層薄膜材料的方法實現(xiàn)，所述數字圖像具有預先 確定數目的顏色成分，并且該方法包括
[0020] -確定數字圖像的背景顏色成分的每個顏色成分，和
[0021] -確定或估計數字圖像中待識別的薄膜材料的顏色成分的每個顏色成分，所述
[0022] 待識別的薄膜材料具有至少為一層的給定層數，
[0023] 其中，確定或估計數字圖像中待識別的薄膜材料的顏色成分的每個顏色成分包括
[0024] -獲得每個顏色成分預先確定的對比度值，確定或估計待識別的并具有給定層數 的薄膜材料的顏色成分的每個顏色成分，通過對于每個顏色成分，將給定顏色成分的預先 確定的對比度值與約1的數值差乘以給定顏色成分的背景顏色成分，
[0025] 且其中所述方法還包括
[0026] -識別作為數字圖像的點或部分的一個或多個數字表示的單層和/或少層薄膜材 料，對于每個顏色成分來說，所述數字圖像的顏色成分在待識別的且具有給定層數的薄膜 材料的確定或估計的顏色成分的預定范圍內。
[0027] 以這種方式，提供數字圖像中層狀薄膜材料的穩(wěn)定和可靠的識別，因為識別是基 于背景的實際顏色做出的，然后薄膜材料的實際顏色使用關于對比度的信息導出。
[0028] 此外，這種識別不需要涉及昂貴和/或耗時設備，如諸如原子力顯微鏡（AFM)、掃 描隧道顯微鏡（STM)或掃描電子顯微鏡（SEM)的校準。
[0029] 此外，此識別在由相對便宜和標準設備獲得的數字圖像上運行。
[0030] 這種識別可以用于所有類型的層狀薄膜材料，其中給定對比度對應于薄膜材料的 給定層，例如單層。對于石墨稀，目前能夠區(qū)分至少10層。對于其他薄膜材料，有可能區(qū)分 甚至更多層，當然也可以區(qū)分較少層。
[0031] 但是應當理解，對于給定顏色成分預先確定的對比度值和約1之間的數值差是給 定顏色成分預先確定的對比度值和約1之間差的絕對值，即只需要數值差，不需要差的符 號和/或區(qū)別中的參數的順序。
[0032] 使用給定顏色成分預先確定的對比度值和精確地1之間的數值差將理想地給出 最精確的結果，但可以理解的是，使用接近1的值仍可能得到可用的結果，其中值應當如何 接近1的優(yōu)選程度可取決于實際應用。使用的不是正好為1的值的例子，例如取決于實際 應用，例如是從0. 95至1. 00的值；從0. 90至1. 00的值；從1. 00至1. 05的值；從1. 00至 1. 10 的值，例如 1. 〇〇 ;〇· 99 ;0· 98 ;0· 97 ;0· 96 ;0· 95 ;0· 94 ;0· 93 ;0· 92 ;0· 91 ;0· 90 ;L 01 ; 1.02 ;1.03 ;1.04 ;1.05 ;1.06 ;1.07 ;1.08 ;1.09 ;1. 10 作為具體的例子。再次，取決于實際 應用，也可以使用其他值。
[0033] 在一個實施方案中，所述薄膜材料為石墨烯。
[0034] 在一個實施方案中，所述薄膜材料為選自如下組中的任一種，
[0035] -二硫化鉬，
[0036] -六方氮化硼，
[0037] -Sb2Te3,
[0038] -MoTe2，
[0039] -WS2，
[0040] -MoSe2，
[0041] -TaSe2，
[0042] -Bi2Te3,
[0043] -NbSe2，和
[0044] -NiTe20
[0045] 但是應該理解的是，其它類型的層狀薄膜材料也以類似的方式被識別。
[0046] 在一個實施方案中，所述數字圖像是灰度圖像或轉換成灰度圖像且顏色成分數為 一個。
[0047] 在一個替代實施方案中，所述數字圖像是彩色圖像且顏色成分數為三個或更多。
[0048] 在一個實施方案中，所述方法包括：在一系列的數字圖像中識別一個或多個數字 表示的單層和/或少層薄膜材料，其中對所述系列的每個數字圖