[發明專利]一種靜電力顯微鏡測量表面電勢的方法

在審

• 申請號: 201210473948.X
• 申請日: 2012-11-21
• 公開（公告）號: CN102981023A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（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

技術領域

本發明涉及一種靜電力顯微鏡測量表面電勢的方法

背景技術

在材料的微觀分析中，經常需要測量材料微區的表面電勢，現在常用的測量材料微觀區域表面電勢的方法主要是開爾文力顯微鏡（Kelvin?Probe?Force?Microscopy，KPFM），但是開爾文力顯微鏡測量結果單一，且量程受到儀器本身限制，開爾文力顯微鏡使用的MultiMode?Nanoscope?IIIA系統本身的表面電勢測量范圍是-10V~+10V，這在一定程度上限制了其應用范圍。

發明內容

本發明為了解決開爾文顯微鏡表面電勢測量范圍有限的問題，從而提供一種靜電力顯微鏡測量表面電勢的方法。

一種靜電力顯微鏡測量表面電勢的方法，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；

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；將記錄的所有數據作為測量數據存儲；

步驟四：根據測量數據進行曲線擬合；

步驟五：根據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表示環境系統因數；

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。

有益效果包括：

（1）增加表面電勢的直接測量范圍，由原來的-10V~+10V增大到-12V~+12V；

（2）靜電力顯微鏡（EFM）的相角測量和表面電勢測量功能在同一個工作狀態下進行，不必切換工作模式，減少了探針起落容易引起的漂移、定位不準等問題；

（3）通過顯微鏡導電探針針尖電壓V_EFM值與相位差Δθ的關系，可以在表面電勢較大、不能直接得到結果時，根據測量得到的曲線擬合外推估算出表面電勢大小，使表面電勢的預測范圍達到-100V~+100V。

附圖說明

圖1是本發明一種靜電力顯微鏡測量表面電勢的方法流程圖。

具體實施方式

具體實施方式一、結合圖1說明本具體實施方式。本具體實施方式為：

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；

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；將記錄的所有數據作為測量數據存儲；

步驟四：根據測量數據進行曲線擬合；

步驟五：根據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表示環境系統因數；

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。