掃描開爾文探針顯微鏡

掃描開爾文探針顯微鏡（Scanning Kelvin Probe Microscopy, SKPM)是在原子力顯微鏡（Atomic Force Microscopes，AFM）技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合開爾文探針（Kelvin Probe）技術(shù)發(fā)展起來的一種掃描探針顯微鏡技術(shù)，用于對(duì)樣品表面靜電勢(shì)（Surface Electrostatic Potential）分布進(jìn)行成像，因此也稱為表面電勢(shì)成像法（Surface Potential Imaging，SP Imaging）。

掃描開爾文探針顯微鏡的原理如下圖所示：

掃描開爾文探針顯微鏡原理圖

掃描開爾文探針顯微鏡在技術(shù)上，是基于原子力顯微鏡的抬起模式實(shí)現(xiàn)的。具體技術(shù)路線如下：導(dǎo)電探針以普通的原子力顯微鏡的輕敲模式（Tapping Mode）對(duì)樣品進(jìn)行一行掃描，獲得該行的樣品表面高低起伏路徑（即形貌），然后在已得到樣品起伏的基礎(chǔ)上，控制探針抬起一定的高度沿樣品表面的起伏掃描（目的保證在掃描過程中探針與樣品間的距離恒定，排除樣品形貌的影響），如果探針和樣品存在電勢(shì)差，在探針和樣品間施加一個(gè)頻率與探針固有頻率相同的交流電壓信號(hào)，探針就會(huì)因靜電力而產(chǎn)生機(jī)械振蕩，該力的大小與探針和樣品間存在電勢(shì)差成正比。掃描開爾文探針顯微鏡成像技術(shù)實(shí)際上是一種歸零調(diào)整技術(shù)，在探針和樣品間施加一個(gè)可控的直流補(bǔ)償電壓信號(hào)，通過調(diào)整該電壓信號(hào)的大小，可以補(bǔ)償樣品的表面電勢(shì)使探針和樣品間的電勢(shì)差為零，此時(shí)探針因會(huì)因靜電力為零而不產(chǎn)生振蕩。換言之，如果在掃描過程中，通過控制補(bǔ)償電壓使探針振幅歸零，記錄下每個(gè)掃描點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償電壓的大小，就可得到樣品的表面電勢(shì)分布圖。

采用本原的掃描開爾文探針顯微鏡，對(duì)氮化硼（BN）表面功能化前后的CsPbBr3薄膜表面電勢(shì)進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果如下：