作为材料重要的特性之一,功函数常使用符号φ来表示,即在真空环境中,电子从材料表面逸出所需的最小能量。若材料表面与电子间的结合能定为零,那么功函数即为费米(束缚)能级与「自由」真空间的能量差。对各种光子器件、光伏、腐蚀、催化、电池存储等领域来说功函数是关键参数,功函数越高,材料越稳定。
测量材料的功函数的方法有很多,其中最著名的是开尔文探针技术。将开尔文探针的概念与原子力显微镜(AFM)相结合,即为如今常见的KPFM。KPFM是为数不多能在纳米级空间分辨率下表征样品功函数的技术。
流程简单
Asylum Research新推出的Ergo KPFM模块让实验变的极其简单。甚至不用额外的培训,只要遵照软件中的工作流程,逐步设置,即可使用KPFM表征材料表面电势。调整参数如下:
无需手动调整参数
无需手动调谐探针
自动设置KPFM参数
Ergo Autopilot™优化扫描参数
测量KPFM也能「随机应变」
Ergo KPFM包含了三种扫描模式:Heterodyne,Sideband与Amplitude Modulated KPFM
根据需求轻松切换三种模式
比传统的2 pass KPFM速度提高两倍。
Heterodyne/Sideband KPFM为较平的样品提供更高分辨、更准确的测量结果
Amplitude Modulated KPFM适用于起伏较高的样品
KPFM工作原理
KPFM并不直接测量功函数,而是测量样品与探针(功函数已知)间的功函数差异,也就是接触电势差(CPD)。如下图示例,有两种金属:样品Al(功函数4.2eV)以及镀金探针(功函数5.2eV),在两者不导通时,它们各自有其费米能级。若是两者导通,电子会从高费米能级往低费米能级流动,直到样品与探针的费米能级变为相同。这个由于费米能级改变导致的功函数变化,即为CPD。此外,探针与样品之间还会因为电子的流动产生电场以及静电力。此时施加一个额外的直流偏压,抵消电场,让电子恢复原始状态,那么这时的偏压即与CPD等值了。
KPFM可以透过测量长程的静电力,或是力场的变化梯度来获得CPD;而又根据实现测量的手段不同,可以分成Amplitude Modulated,Heterodyne以及Sideband KPFM。
注:Ergo软件所适用的AFM机型需要和AFM工程师进一步确认。
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