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）技術的基礎上，結合開爾文探針（Kelvin Probe）技術發(fā)展起來的一種掃描探針顯微鏡技術，用于對樣品表面靜電勢（Surface Electrostatic Potential）分布進行成像，因此也稱為表面電勢成像法（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上，是基于原子力顯微鏡的抬起模式實現(xiàn)的。具體技術路線如下：導電探針以普通的原子力顯微鏡的輕敲模式（Tapping Mode）對樣品進行一行掃描，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差，在探針和樣品間施加一個頻率與探針固有頻率相同的交流電壓信號，探針就會因靜電力而產生機械振蕩，該力的大小與探針和樣品間存在電勢差成正比。掃描開爾文探針顯微鏡成像技術實際上是一種歸零調整技術，在探針和樣品間施加一個可控的直流補償電壓信號，通過調整該電壓信號的大小，可以補償樣品的表面電勢使探針和樣品間的電勢差為零，此時探針因會因靜電力為零而不產生振蕩。換言之，如果在掃描過程中，通過控制補償電壓使探針振幅歸零，記錄下每個掃描點所對應的補償電壓的大小，就可得到樣品的表面電勢分布圖。

采用本原的掃描開爾文探針顯微鏡，對氮化硼（BN）表面功能化前后的CsPbBr3薄膜表面電勢進行測量，結果如下：