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            掃描開爾文探針顯微鏡

            ? ? ? ?掃描開爾文探針顯微鏡(Scanning Kelvin Probe Microscopy, SKPM)是在原子力顯微鏡(Atomic Force Microscopes,AFM)技術的基礎上,結合開爾文探針(Kelvin Probe)技術發展起來的一種掃描探針顯微鏡技術,用于對樣品表面靜電勢(Surface Electrostatic Potential)分布進行成像,因此也稱為表面電勢成像法(Surface Potential Imaging,SP Imaging)。

            ? ? ? ?掃描開爾文探針顯微鏡的原理如下圖所示:


            掃描開爾文探針顯微鏡SKPM原理圖

            掃描開爾文探針顯微鏡原理圖

            ? ? ? ?掃描開爾文探針顯微鏡在技術上,是基于原子力顯微鏡的抬起模式實現的。具體技術路線如下:導電探針以普通的原子力顯微鏡的輕敲模式(Tapping Mode)對樣品進行一行掃描,獲得該行的樣品表面高低起伏路徑(即形貌),然后在已得到樣品起伏的基礎上,控制探針抬起一定的高度沿樣品表面的起伏掃描(目的保證在掃描過程中探針與樣品間的距離恒定,排除樣品形貌的影響),如果探針和樣品存在電勢差,在探針和樣品間施加一個頻率與探針固有頻率相同的交流電壓信號,探針就會因靜電力而產生機械振蕩,該力的大小與探針和樣品間存在電勢差成正比。掃描開爾文探針顯微鏡成像技術實際上是一種歸零調整技術,在探針和樣品間施加一個可控的直流補償電壓信號,通過調整該電壓信號的大小,可以補償樣品的表面電勢使探針和樣品間的電勢差為零,此時探針因會因靜電力為零而不產生振蕩。換言之,如果在掃描過程中,通過控制補償電壓使探針振幅歸零,記錄下每個掃描點所對應的補償電壓的大小,就可得到樣品的表面電勢分布圖。

            ? ? ? ?采用本原的掃描開爾文探針顯微鏡,對氮化硼(BN)表面功能化前后的CsPbBr3薄膜表面電勢進行測量,結果如下:

            掃描開爾文探針顯微鏡檢測結果圖
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