全新Ergo KPFM让表面电势的测量简单又准确

牛津仪器

2024/01/29 15:53

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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。