[發(fā)明專利]一種靜電力顯微鏡測量表面電勢的方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201210473948.X
• 申請日: 2012-11-21
• 公開（公告）號: CN102981023A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發(fā)明（設計）人: 孫志;韓柏;宋偉;張冬;郭翔宇;李振凱;王暄;雷清泉
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: G01Q60/30
• 分類號: G01Q60/30
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 張果瑞

1.一種靜電力顯微鏡測量表面電勢的方法，其特征在于它包括如下步驟：

步驟一：調整靜電力顯微鏡，使靜電力顯微鏡正常工作于其靜電力相位差成像狀態(tài)；

步驟二：選取待測位置點，對待測位置點進行掃描；

步驟三：在掃描過程中，調整顯微鏡導電探針針尖電壓V_EFM值，使其在-12V~+12V范圍內變化；

在每次調整針尖電壓V_EFM值之后，記錄該針尖電壓V_EFM值及測量獲得的相位差Δθ；所述相位差Δθ為顯微鏡導電探針實際振動相位與自由振動相位的差值；將記錄的所有數(shù)據(jù)作為測量數(shù)據(jù)存儲；

步驟四：根據(jù)測量數(shù)據(jù)進行曲線擬合；

步驟五：根據(jù)擬合得到的曲線建立顯微鏡導電探針針尖電壓V_EFM值與相位差Δθ的關系式：

tan(Δθ)∝a·(V_EFM-V_S)²+c

其中，a表示環(huán)境系統(tǒng)因數(shù)；

c表示當V_EFM=V_S時，被測物體表面的其他作用力引起的針尖相位差；

V_S表示被測位置點表面電勢；

根據(jù)上述關系式，相位差Δθ為最小值時所對應獲得的顯微鏡導電探針針尖電壓V_EFM值即為測量位置的表面電勢。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種靜電力顯微鏡測量表面電勢的方法，其特征在于步驟二中所述的對待測位置點進行掃描之前，先采用輕敲模式探測物體的高度，并根據(jù)探測結果調整顯微鏡導電探針的高度，使該導電探針與被測位置點保持距離Z。

3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種靜電力顯微鏡測量表面電勢的方法，其特征在于所述距離Z為10-200nm。

4.根據(jù)權利要求1所述的一種靜電力顯微鏡測量表面電勢的方法，其特征在于步驟五中所述建立顯微鏡導電探針針尖電壓V_EFM值與相位差Δθ的關系的過程為：

在靜電力相位差成像狀態(tài)下顯微鏡導電探針的相位差Δθ與力梯度F`的關系為：

tan(Δθ)∝-QkcF′---(1)]]>

k表示顯微鏡導電探針的彈性系數(shù)；

Q表示顯微鏡導電探針的質量因子；

F`表示作用于探針的力梯度；

所述作用于探針的力梯度F`為顯微鏡導電探針與被測物體之間的電容力，為

F=-12·∂C∂Z·(VEFM-VS)2---(2)]]>

其中，C表示顯微鏡導電探針與被測位置點組成的系統(tǒng)電容；

Z表示顯微鏡導電探針與被測位置點的距離；

因此公式（1）中力梯度為

F′=-12·∂2C∂Z2·(VEFM-VS)2---(3)]]>

因此，顯微鏡導電探針針尖電壓V_EFM值與相位差Δθ的關系為：

tan(Δθ)∝a·(V_EFM-V_S)²+c。