專利名稱:一種開爾文探針力顯微鏡及其測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于開爾文探針力顯微鏡領(lǐng)域，特別是涉及一種開爾文探針力顯微鏡。
背景技術(shù)：
開爾文探針力顯微鏡(Kelvin Probe Force Microscopy, KPFM)是基于原子力顯
微鏡(Atomic force microscopy, AFM)的技術(shù)，它能夠測(cè)量樣品的局域電勢(shì)及其二維分布
情況。開爾文探針力顯微鏡已經(jīng)成為材料微觀結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的重要表征手段。
和靜電力顯微鏡(Electrostatic force microscopy,EFM)—樣，開爾文探針力顯
微鏡需要借助原子力顯微鏡得到樣品的表面形貌圖像。開爾文探針力顯微鏡和靜電力顯微
鏡的主要差異在于開爾文探針力顯微鏡在探針或樣品上施加補(bǔ)償電壓，通過專用反饋控
制電路實(shí)時(shí)調(diào)整該補(bǔ)償電壓使得探針和樣品之間的靜電力為零，從而定量測(cè)得樣品表面的
局域電勢(shì)。
原子力顯微鏡采用微懸臂探針來(lái)測(cè)量力。大氣環(huán)境下，開爾文探針力顯微鏡和原 子力顯微鏡需要激發(fā)探針的本征振動(dòng)模式以提高靈敏度，并采用"幅度調(diào)制"方式測(cè)量探針 振動(dòng)幅度。在真空環(huán)境下開爾文探針力顯微鏡分辨率較高，但對(duì)于樣品有一定要求，例如不 能用來(lái)測(cè)量生物分子、工作中的器件等樣品。大氣環(huán)境下的開爾文探針力顯微鏡沒有這些 限制。
原子力顯微鏡的微懸臂探針有多種本征振動(dòng)模式，如第一次、第二次、第三次的振 動(dòng)模式等。現(xiàn)有技術(shù)中，工作在大氣環(huán)境的開爾文探針力顯微鏡通常只利用了微懸臂探針的 第一次振動(dòng)模式，沒有利用其它的較高次振動(dòng)模式，給開爾文探針力顯微鏡的應(yīng)用帶來(lái)局限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種有效提高大氣環(huán)境下的空間分 辨率和靈敏度的開爾文探針力顯微鏡。
本發(fā)明的另一 目的在于提供一種該開爾文探針力顯微鏡的測(cè)量方法。
為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，采用的技術(shù)方案如下
—種開爾文探針力顯微鏡，包括掃描頭、低頻電壓信號(hào)發(fā)生器、低頻振動(dòng)信號(hào)檢測(cè) 器、高頻電壓信號(hào)發(fā)生器、高頻振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)器、補(bǔ)償電壓控制器、主控制器，所述低頻電壓 信號(hào)發(fā)生器、高頻電壓信號(hào)發(fā)生器、補(bǔ)償電壓控制器和主控制器的輸出端均與掃描頭電連 接，所述高頻振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)器的輸入端和輸出端分別與掃描頭和補(bǔ)償電壓控制器電連接， 所述補(bǔ)償電壓控制器的輸出端還與主控制器電連接，所述低頻振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)器的輸入端和 輸出端分別與掃描頭和主控制器電連接。
上述技術(shù)方案中，所述掃描頭包括導(dǎo)電微懸臂探針、探針位置感應(yīng)器、壓電激振 器、壓電掃描器，所述壓電掃描器上放置樣品，所述低頻電壓信號(hào)發(fā)生器與壓電激振器電連 接，所述高頻電壓信號(hào)發(fā)生器和補(bǔ)償電壓控制器將電壓信號(hào)施加在探針和樣品之間以激發(fā) 探針振動(dòng)，所述主控制器與壓電掃描器電連接，所述高頻振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)器和低頻振動(dòng)信號(hào)
4檢測(cè)器的輸入端與探針位置感應(yīng)器電連接。
本發(fā)明還設(shè)置有電壓信號(hào)疊加器，所述高頻電壓信號(hào)發(fā)生器和補(bǔ)償電壓控制器的 輸出端通過該電壓信號(hào)疊加器與掃描頭電連接。
所述電壓信號(hào)疊加器的輸出端將電壓信號(hào)施加在探針和樣品之間以激發(fā)探針振 動(dòng)。
所述補(bǔ)償電壓控制器所輸出的補(bǔ)償電壓的用于補(bǔ)償樣品的表面局域電勢(shì)。
為了實(shí)現(xiàn)第二個(gè)發(fā)明目的，采用的技術(shù)方案如下
—種開爾文探針力顯微鏡的測(cè)量方法，包括如下步驟
1)、由掃描頭、低頻電壓信號(hào)發(fā)生器、低頻振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)器、主控制器協(xié)調(diào)運(yùn)作，通 過低頻率電壓信號(hào)測(cè)量樣品的形貌圖；
2)由掃描頭、高頻電壓信號(hào)發(fā)生器、高頻振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)器、補(bǔ)償電壓控制器和主控 制器協(xié)調(diào)運(yùn)作，通過高頻率電壓信號(hào)根據(jù)步驟1)得到的形貌圖進(jìn)一步測(cè)量得到樣品的表 面電勢(shì)圖像。
上述技術(shù)方案中，所述步驟(1)具體操作過程如下
壓電掃描器在主控制器的輸出電壓作用下帶動(dòng)樣品在X、Y、Z三維空間位置變化， 由低頻電壓信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生交流電壓施加在壓電激振器上，從而激發(fā)探針在第一次振動(dòng)模 式上振動(dòng)，探針位置感應(yīng)器感應(yīng)到這種振動(dòng)并將它傳送到低頻振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)器上測(cè)量出其 振幅和相位信號(hào)，主控制器利用該振幅和相位信號(hào)控制壓電掃描器使探針在樣品上掃描從 而得到樣品形貌圖。
所述步驟(2)具體操作過程如下
由高頻電壓信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生正弦交流電壓信號(hào)施加在探針和樣品之間，激發(fā)探針 的振動(dòng)，探針位置感應(yīng)器感應(yīng)到這種振動(dòng)并將它傳送到高頻振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)器以測(cè)量出其振 幅和相位信號(hào)，并送到補(bǔ)償電壓控制器，補(bǔ)償電壓控制器根據(jù)振幅產(chǎn)生補(bǔ)償電壓信號(hào)，并將 補(bǔ)償電壓施加在探針和樣品之間，該補(bǔ)償電壓信號(hào)被同時(shí)送給主控制器，主控制器利用該 信號(hào)形成樣品表面的局域電勢(shì)分布的圖像。
進(jìn)一步地，本發(fā)明先用步驟(1)的方法進(jìn)行第一遍掃描得到表面形貌圖，而步驟 (2)的第二遍掃描則將探針抬起一定的高度，根據(jù)之前得到的樣品形貌起伏的信息保持探 針和樣品間距恒定并掃描得到表面電勢(shì)圖像。
本發(fā)明以大氣下的原子力顯微鏡為基礎(chǔ)，利用探針的第一本征振動(dòng)模式來(lái)測(cè)量形 貌，在探針抬起時(shí)同時(shí)利用其高次本征振動(dòng)模式來(lái)測(cè)量表面電勢(shì)，可以同時(shí)得到被測(cè)樣品 的表面形貌圖和局域電勢(shì)圖。這種方法不會(huì)影響原子力顯微鏡原來(lái)的測(cè)量功能，并且可以 提高開爾文探針力顯微鏡的空間分辨率和靈敏度。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明的測(cè)量結(jié)果示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。[0027] 本發(fā)明的結(jié)構(gòu)如附圖1所示，包括掃描頭1、低頻電壓信號(hào)發(fā)生器2、高頻電壓信號(hào) 發(fā)生器3、高頻振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)器4、低頻振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)器5、高頻電壓和補(bǔ)償電壓信號(hào)疊加器 6、開爾文反饋控制器7、控制器8，其中掃描頭1包括導(dǎo)電微懸臂探針l-l、探針位置感應(yīng)器 l-2、壓電激振器l-3、樣品l-4、壓電掃描器l-5，所述開爾文反饋控制器7作為補(bǔ)償電壓控 制器，所述控制器8作為主控制器。
本發(fā)明的測(cè)量方法不影響靜原子力顯微鏡原來(lái)的測(cè)量功能。在掃描表面電勢(shì)圖像 之前，需要先用原子力顯微鏡掃描樣品的表面形貌。原子力顯微鏡采用逐行掃描方式來(lái)得 到形貌圖。原子力顯微鏡工作在微懸臂探針1-1與樣品1-4的"間歇接觸"模式。樣品l-4 固定在壓電掃描器1-5上，壓電掃描器1-5在控制器8的輸出電壓作用下帶動(dòng)樣品在X、Y、 Z三維空間位置變化，從而控制樣品1-4與探針1-1針尖的相對(duì)位置。形貌掃描利用探針 1-1的第一次振動(dòng)模式(其本征頻率相對(duì)于高次振動(dòng)模式而言頻率較低)。與第一本征頻 率相同或接近的交流電壓信號(hào)由低頻電壓信號(hào)發(fā)生器2產(chǎn)生施加在與探針1-1緊密相連的 壓電激振器1-3上，從而使激發(fā)探針1-1在第一次振動(dòng)模式上振動(dòng)。探針位置感應(yīng)器1-2 感應(yīng)到這種振動(dòng)并將它傳送到低頻振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)器5并測(cè)量出其振幅和相位信號(hào)?？刂破?8利用該信號(hào)控制壓電掃描器1-5使探針1-1在樣品1-4上掃描從而得到樣品形貌圖。 開爾文探針力顯微鏡采用"抬起模式"。所謂的"抬起模式"是一種每行圖像均掃描 兩遍的成像方式第一遍先用原子力顯微鏡的上述方法通過測(cè)量原子間力得到表面形貌， 而第二遍掃描時(shí)則將探針1-1抬起一定的高度，根據(jù)之前得到的樣品形貌起伏的信息保持 探針1-1和樣品1-4間距恒定并掃描得到表面電勢(shì)圖像。
本方法進(jìn)行表面電勢(shì)圖像掃描時(shí)，利用了導(dǎo)電微懸臂探針1-1的較高次振動(dòng)模式 (其本征頻率相對(duì)于第一次振動(dòng)模式而言頻率較高)。與其本征頻率相同或接近的正弦交 流電壓信號(hào)由高頻電壓信號(hào)發(fā)生器3產(chǎn)生，施加探針l-l和樣品l-4之間，從而通過靜電力 相互作用激發(fā)探針1-1的較高次振動(dòng)模式。探針位置感應(yīng)器1-2感應(yīng)到這種振動(dòng)并將它傳 送到高頻振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)器4以測(cè)量出其振幅和相位信號(hào)，送到開爾文反饋控制器7，開爾文 反饋控制器7根據(jù)高頻振動(dòng)信號(hào)的振幅自動(dòng)產(chǎn)生一補(bǔ)償電壓信號(hào)，該補(bǔ)償電壓信號(hào)被送到 高頻電壓和補(bǔ)償電壓信號(hào)疊加器6，與高頻電壓信號(hào)疊加后施加在探針1-1和樣品1-4之 間。因此，該補(bǔ)償電壓能夠用來(lái)改變探針1-1與樣品1-4間的有效電勢(shì)差，從而改變探針 1-1所受的靜電力大小。開爾文反饋控制器7根據(jù)某種策略自動(dòng)調(diào)整該補(bǔ)償電壓的大小和 極性使得探針1-1與樣品1-4間的靜電力變?yōu)榱慊蛘咦钚?，也就是說使得該補(bǔ)償電壓剛好 等于樣品表面的局域電勢(shì)。開爾文反饋控制器7自動(dòng)調(diào)整補(bǔ)償電壓的策略是使得高頻振動(dòng) 信號(hào)檢測(cè)器4的輸出信號(hào)幅度最小。該補(bǔ)償電壓信號(hào)被同時(shí)送給控制器8，控制器8利用該 信號(hào)形成樣品表面的局域電勢(shì)分布的圖像。
進(jìn)行樣品局域電勢(shì)圖像的掃描時(shí)，可以同時(shí)激發(fā)探針的多個(gè)振動(dòng)模式，即探針l-l
的振動(dòng)激發(fā)可以是多頻率的。激發(fā)的振動(dòng)模式可以是第一次或者更高次的。在表面電勢(shì)圖
像掃描時(shí)或在抬起狀態(tài)下，原來(lái)用于形貌測(cè)量的第一次振動(dòng)模式可以按原來(lái)的方式同時(shí)被
激發(fā)；該振動(dòng)的幅度或相位可以被同時(shí)記錄下來(lái)而成像。也可以由高頻電壓信號(hào)發(fā)生器3
同時(shí)產(chǎn)生多個(gè)較高頻率的激發(fā)信號(hào)，由高頻振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)器4同時(shí)檢測(cè)多個(gè)相應(yīng)的振動(dòng)信
號(hào)并由控制器8同時(shí)成像。
本發(fā)明的測(cè)量原理如下[0033] 在探針和樣品之間施加了補(bǔ)償和交流的電壓信號(hào)時(shí)，其靜電力可以表示為
C(")二會(huì)C'[A^ — "，—"。,(2;r/.0]2 (1)
(1)式中D為探針-樣品間距，C'為探針和樣品間等效電容對(duì)距離的梯度，A小 為在未施加直流和交流的電壓信號(hào)時(shí)探針和樣品之間的電勢(shì)差，U。。mp表示補(bǔ)償電壓信號(hào)， Uac為正弦交流信號(hào)的幅度，f為其頻率，t為時(shí)間。
靜電力在頻率f上的分量為
Ff (D) = -C' [ ( A小-UMmp) UacSin (2 Ji f t) ] (2)
如果在探針-樣品間施加補(bǔ)償電壓信號(hào)U。。mp為O，則檢測(cè)到的高頻率信號(hào)的幅度 Ff(D)與探針-樣品間的靜電力成正比，通常的靜電力顯微鏡就是基于這一原理工作的。在 開爾文探針力顯微鏡中，開爾文反饋控制器7自動(dòng)產(chǎn)生補(bǔ)償電壓信號(hào)U。。mp，使得在探針_樣 品間施加的補(bǔ)償電壓正好等于探針和樣品之間的電勢(shì)差A(yù) (K即使U，p二 A小；這時(shí)，所 對(duì)應(yīng)探針機(jī)械振動(dòng)的高頻率信號(hào)分量應(yīng)為最小。用上述補(bǔ)償電壓信號(hào)成像，就可得到樣品 的表面電勢(shì)的實(shí)際測(cè)量值及其分布。
具體的測(cè)量方法是
1)確定本征頻率。通過低頻電壓信號(hào)發(fā)生器2或高頻電壓信號(hào)發(fā)生器3的輸出信 號(hào)可以激發(fā)探針1-1的振動(dòng)模式，通過改變信號(hào)頻率對(duì)其振動(dòng)幅度進(jìn)行連續(xù)頻率掃描可以 測(cè)得探針1-1各次振動(dòng)模式的本征頻率。激發(fā)探針1-1的振動(dòng)模式，如第一次、第二次、第 三次的振動(dòng)模式等，得到各次振動(dòng)模式的本征頻率選擇第一本征頻率或其附近的頻率作為 形貌掃描的激發(fā)頻率，選擇一個(gè)或多個(gè)較高的本征頻率作為表面電勢(shì)測(cè)量的激發(fā)頻率。 2) 二維圖像掃描。每行都先掃描得到樣品表面的形貌曲線，再將探針1-1抬起一 定的高度。使開爾文反饋控制器7正常工作并輸出與探針-樣品間的局域電勢(shì)差大小相等 的補(bǔ)償電壓信號(hào)，將該補(bǔ)償電壓信號(hào)和較高頻交流信號(hào)施加在探針1-1與樣品l-4之間；移 動(dòng)探針完成該行掃描得到表面電勢(shì)的變化曲線；最后逐行掃描同時(shí)得到樣品形貌和表面電 勢(shì)的整幅圖像。
本發(fā)明的測(cè)量結(jié)構(gòu)如附圖2所示，圖2所用探針為矩形硅探針，其第一次本征振動(dòng) 的頻率為23. 227kHz，第二次本征振動(dòng)的頻率為145. 258kHz。所用樣品為聚甲基丙烯酸甲 酯(Polymethyl methacrylate， PMMA) 。 PMMA樣品用有機(jī)溶劑分散在單晶硅(Si)表面，PMMA 的厚度約為l微米。測(cè)試之前，先用帶電探針在PMMA的多個(gè)位置點(diǎn)上分別注入了正電荷和 負(fù)電荷。其中注入正電荷的位置點(diǎn)組成英文字母"SY"字樣，探針?biāo)闷秒妷簽?10V ;注 入負(fù)電荷的位置點(diǎn)組成英文字母"SU"字樣，探針?biāo)闷秒妷簽?IOV。形貌圖掃描采用 第一本征頻率，而表面電勢(shì)圖像掃描則采用第二本征頻率，探針抬起高度為35nm。第二次
本征頻率的激發(fā)電壓信號(hào)的幅度為IV。高頻電壓和補(bǔ)償電壓信號(hào)均施加于樣品上，探針接 地。掃描范圍為20iimX20iim，掃描速度為0. lHz。
從圖2的結(jié)果看，本發(fā)明能夠同時(shí)測(cè)得樣品的表面形貌圖(圖2A)和局域電勢(shì)圖 (圖2B)。從形貌圖看，樣品表面存在明顯的高低起伏，其最大起伏在79納米左右。表面 電勢(shì)圖像則表現(xiàn)出了與形貌圖完全不同的細(xì)節(jié)，形貌圖的特征在表面電勢(shì)圖上基本上看不 到，而表面電勢(shì)圖的特征在形貌圖上也不太明顯。表面電勢(shì)圖像上，原來(lái)注入了正電荷的位 置點(diǎn)(即圖中組成英文字母"SY"字樣的位置點(diǎn))的局域電勢(shì)較高，高于樣品表面的平均電
7勢(shì)；原來(lái)注入了負(fù)電荷的位置點(diǎn)(即圖中組成英文字母"SU"字樣的位置點(diǎn))的局域電勢(shì)較 低，低于樣品表面的平均電勢(shì)。局域電勢(shì)的最小值約為725mV，最大值約為1285mV。用該方 法測(cè)量得到的局域電勢(shì)圖像的空間分辨率達(dá)到了約100納米，靈敏度優(yōu)于10毫伏。
權(quán)利要求
一種開爾文探針力顯微鏡，其特征在于包括掃描頭(1)、低頻電壓信號(hào)發(fā)生器(2)、高頻電壓信號(hào)發(fā)生器(3)、高頻振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)器(4)、低頻振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)器(5)、補(bǔ)償電壓控制器(7)、主控制器(8)，所述低頻電壓信號(hào)發(fā)生器(2)、高頻電壓信號(hào)發(fā)生器(3)、補(bǔ)償電壓控制器(7)和主控制器(8)的輸出端均與掃描頭(1)電連接，所述高頻振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)器(4)的輸入端和輸出端分別與掃描頭(1)和補(bǔ)償電壓控制器(7)電連接，所述補(bǔ)償電壓控制器(7)的輸出端還與主控制器(8)電連接，所述低頻振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)器(5)的輸入端和輸出端分別與掃描頭(1)和主控制器(8)電連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求
l所述的開爾文探針力顯微鏡，其特征在于所述掃描頭(1)包括導(dǎo)電 微懸臂探針(l-l)、探針位置感應(yīng)器(l-2)、壓電激振器(l-3)、壓電掃描器(l-5)，所述壓電 掃描器(1-5)上放置樣品(l-4)，所述低頻電壓信號(hào)發(fā)生器(2)與壓電激振器(1-3)電連 接，所述高頻電壓信號(hào)發(fā)生器(3)和補(bǔ)償電壓控制器(7)將電壓信號(hào)施加在探針(1-1)和 樣品(1-4)之間以激發(fā)探針(1-1)振動(dòng)，所述主控制器(8)與壓電掃描器(1-5)電連接，所 述高頻振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)器(4)和低頻振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)器(5)的輸入端與探針位置感應(yīng)器(1-2) 電連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求
1或2所述的開爾文探針力顯微鏡，其特征在于還設(shè)置有電壓信號(hào)疊 加器(6)，所述高頻電壓信號(hào)發(fā)生器(3)和補(bǔ)償電壓控制器(7)的輸出端通過該電壓信號(hào)疊 加器(6)與掃描頭(1)電連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求
3所述的開爾文探針力顯微鏡，其特征在于所述電壓信號(hào)疊加器(6) 的輸出端將電壓信號(hào)施加在探針(1-1)和樣品(1-4)之間以激發(fā)探針(1-1)的機(jī)械振動(dòng)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求
l所述的開爾文探針力顯微鏡，其特征在于所述補(bǔ)償電壓控制器(7) 所輸出的補(bǔ)償電壓的與樣品(1-4)的表面局域電勢(shì)相對(duì)應(yīng)。
6. —種采用權(quán)利要求
1所述開爾文探針力顯微鏡的測(cè)量方法，其特征在于包括如下步驟1) 、由掃描頭(1)、低頻電壓信號(hào)發(fā)生器(2)、低頻振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)器(5)、主控制器(8)協(xié) 調(diào)運(yùn)作，通過低頻率電壓信號(hào)測(cè)量樣品(1-4)的形貌圖；2) 由掃描頭(1)、高頻電壓信號(hào)發(fā)生器(3)、高頻振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)器(4)、補(bǔ)償電壓控制器 (7)和主控制器(8)協(xié)調(diào)運(yùn)作，通過高頻率電壓信號(hào)根據(jù)步驟1)得到的形貌圖進(jìn)一步測(cè)量 得到樣品(1-4)的表面電勢(shì)圖像。
7. 根據(jù)權(quán)利要求
6所述的測(cè)量方法，其特征在于所述步驟(1)具體操作過程如下 壓電掃描器(1-5)在主控制器(8)的輸出電壓作用下帶動(dòng)樣品(1-4)在X、Y、Z三維空間位置變化，由低頻電壓信號(hào)發(fā)生器(2)產(chǎn)生交流電壓施加在壓電激振器(1-3)上，從而激 發(fā)探針(1-1)在第一次振動(dòng)模式上振動(dòng)，探針位置感應(yīng)器(1-2)感應(yīng)到這種振動(dòng)并將它傳 送到低頻振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)器(5)上測(cè)量出其振幅和相位信號(hào)，主控制器(8)利用該振幅和相 位信號(hào)控制壓電掃描器(1-5)使探針(1-1)在樣品(1-4)上掃描從而得到樣品形貌圖。
8. 根據(jù)權(quán)利要求
6所述的測(cè)量方法，其特征在于所述步驟(2)具體操作過程如下 由高頻電壓信號(hào)發(fā)生器(3)產(chǎn)生正弦交流電壓信號(hào)施加在探針(1-1)和樣品(1-4)之間，激發(fā)探針(1-1)的振動(dòng)，探針位置感應(yīng)器(1-2)感應(yīng)到這種振動(dòng)并將它傳送到高頻振動(dòng) 信號(hào)檢測(cè)器(4)以測(cè)量出其振幅和相位信號(hào)，并送到補(bǔ)償電壓控制器(7)，補(bǔ)償電壓控制器 (7)根據(jù)振幅產(chǎn)生補(bǔ)償電壓信號(hào)，并將補(bǔ)償電壓施加在探針(1-1)和樣品(1-4)之間，該補(bǔ)償電壓信號(hào)被同時(shí)送給主控制器(8)，主控制器(8)利用該信號(hào)形成樣品(1-4)表面的局域 電勢(shì)分布的圖像。
9.根據(jù)權(quán)利要求
6所述的測(cè)量方法，其特征在于先用步驟(1)的方法進(jìn)行第一遍掃描 得到表面形貌圖，而步驟(2)的第二遍掃描則將探針(1-1)抬起一定的高度，根據(jù)之前得到 的樣品形貌起伏的信息保持探針(1-1)和樣品(1-4)間距恒定并掃描得到表面電勢(shì)圖像。
專利摘要
本發(fā)明提供一種開爾文探針力顯微鏡及其測(cè)量方法，包括掃描頭(1)、低頻電壓信號(hào)發(fā)生器(2)、高頻電壓信號(hào)發(fā)生器(3)、高頻振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)器(4)、低頻振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)器(5)、電壓信號(hào)疊加器(6)、補(bǔ)償電壓控制器(7)、主控制器(8)，所述低頻電壓信號(hào)發(fā)生器、高頻電壓信號(hào)發(fā)生器和主控制器的輸出端均與掃描頭電連接，所述高頻振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)器的輸入端和輸出端分別與掃描頭和補(bǔ)償電壓控制器電連接，所述補(bǔ)償電壓控制器的輸出端與主控制器電連接，所述低頻振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)器的輸入端和輸出端分別與掃描頭和主控制器電連接。本發(fā)明的測(cè)量方法不會(huì)影響原子力顯微鏡原來(lái)的測(cè)量功能，并且可以提高開爾文探針力顯微鏡的空間分辨率和靈敏度。
文檔編號(hào)G01Q60/30GKCN101788572SQ201010103017
公開日2010年7月28日 申請(qǐng)日期2010年1月26日
發(fā)明者丁喜冬, 張進(jìn)修, 李超, 林國(guó)淙, 梁仲文 申請(qǐng)人:中山大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan