扫描开尔文探针显微镜

       扫描开尔文探针显微镜(Scanning Kelvin Probe Microscopy, SKPM)是在原子力显微镜(Atomic Force Microscopes,AFM)技术的基础上,结合开尔文探针(Kelvin Probe)技术发展起来的一种扫描探针显微镜技术,用于对样品表面静电势(Surface Electrostatic Potential)分布进行成像,因此也称为表面电势成像法(Surface Potential Imaging,SP Imaging)。

       扫描开尔文探针显微镜的原理如下图所示:


扫描开尔文探针显微镜SKPM原理图

扫描开尔文探针显微镜原理图

       扫描开尔文探针显微镜在技术上,是基于原子力显微镜的抬起模式实现的。具体技术路线如下:导电探针以普通的原子力显微镜的轻敲模式(Tapping Mode)对样品进行一行扫描,获得该行的样品表面高低起伏路径(即形貌),然后在已得到样品起伏的基础上,控制探针抬起一定的高度沿样品表面的起伏扫描(目的保证在扫描过程中探针与样品间的距离恒定,排除样品形貌的影响),如果探针和样品存在电势差,在探针和样品间施加一个频率与探针固有频率相同的交流电压信号,探针就会因静电力而产生机械振荡,该力的大小与探针和样品间存在电势差成正比。扫描开尔文探针显微镜成像技术实际上是一种归零调整技术,在探针和样品间施加一个可控的直流补偿电压信号,通过调整该电压信号的大小,可以补偿样品的表面电势使探针和样品间的电势差为零,此时探针因会因静电力为零而不产生振荡。换言之,如果在扫描过程中,通过控制补偿电压使探针振幅归零,记录下每个扫描点所对应的补偿电压的大小,就可得到样品的表面电势分布图。

       采用本原的扫描开尔文探针显微镜,对氮化硼(BN)表面功能化前后的CsPbBr3薄膜表面电势进行测量,结果如下:

扫描开尔文探针显微镜检测结果图