Кельвин-Зондовая Силовая Микроскопия

Метод Зонда Кельвина был предложен для измерения контактной разности потенциалов между зондом и образцом [1]. Применяемый в настоящее время Метод Зонда Кельвина основывается на двухпроходной методике. В первом проходе определяется рельеф поверхности образца с использованием Прерывисто-контактного метода (колебания кантилевера возбуждаются механически). На втором проходе этот рельеф отслеживается при прохождении над образцом на некоторой высоте для определения поверхностного электрического потенциала Ф(x). В течение этого второго прохода колебания кантилевера возбуждаются не механически, а электрически путем приложения к зонду напряжения смещения Vtip содержащего статическую и динамическую компоненты

Vtip = Vdc + Vac sin(wt)

Результирующая емкостная сила Fcap между зондом и поверхностью, находящейся при Vs равна

Fcap =(1/2) (Vtip - Ф(x))2(dC/dz),

где C(z) является емкостью зонд-образца. Сила

Fcap w = (dC/dz (Vdc - Ф(x)Vac)sin(wt),

действующая на первой гармонике приводит к соответствующим колебаниям кантилевера. Система обратной связи изменяет переменную составляющую потенциала зонда Vdc пока w компонента колебаний кантилевера (и, соответственно, w компонента силы зонд-образец) не исчезнет, т.е. пока Vdc(x) не станет равной Ф(x). В результате распределение Vdc(x) будет отражать распределение поверхностного потенциала по поверхности образца. Если на зонд не подается постоянное смещение, то это распределение представляет распределение Контактной Разности Потенциалов.

Ссылки

  1. Appl. Phys. Lett. 58, 2921 (1991).