FX40 with monitor

动态接触EFM (DC-EFM)

静电力的高分辨率和高灵敏度成像

DC-EFM能够提供高分辨率的EFM结果。该技术由Park Systems公司获得专利,DC-EFM主动向悬臂梁施加交流电压偏压,并检测悬臂梁调制相对于所施加偏压的振幅和相位变化。DC-EFM能够监测调制的二次谐波,这可以与样品的电容进行比较,并从背景分子间力中增强电力信号。

Park AFM个性化的增强EFM功能

静电力的高分辨率和高灵敏度成像

在静电力显微镜(EFM)中,所研究的样品表面特性本质上是电性的,所使用的交互力将是带电探针与样品之间的静电力。然而,除了静电力之外,探针与样品表面之间总是存在范德华力。这些范德华力的大小随探针-样品距离的变化而变化,因此被用来测量表面形貌。因此,所获得的信号既包含由范德华力产生的表面形貌信息,也包含由静电力产生的表面电性质信息。EFM成像成功的关键在于从整个信号中分离出EFM信号,即关于表面电性质的信息。EFM模式可以根据用于分离EFM信号的方法进行分类。

增强型EFM

Park AFM的增强型EFM(XE系列的可选功能)支持三种额外的EFM模式,它们是动态接触静电力显微镜(DC-EFM)、压电力显微镜(PFM)和开尔文探针力显微镜(KPFM)。DC-EFM由Park Systems在美国专利6,185,991下获得专利,而PFM与DC-EFM在相当大的程度上是相同的技术。KPFM也被称为表面电位显微镜。Park AFM的增强型EFM的示意图如图1所示。一个外部锁相放大器连接到Park AFM,有两个目的。一个目的是除了Park AFM控制器施加的直流偏压外,还向探针施加一个频率为(ω)的交流偏压。另一个目的是从输出信号中分离出频率(ω)的成分。这种能力是增强型EFM的核心优势,也是它与Park AFM标准EFM硬件的区别所在。


•表面电荷分布和电位成像
•微电子电路中的故障分析
•机械硬度测量(DC-EFM)
•铁电畴的电荷密度测量
•微电阻上的电压降
•半导体的功函数

DC-EFM

图3. Park AFM的动态接触EFM(DC-EFM)示意图。这种个性化的EFM功能由Park Systems专利提供。

DC-EFM是通过使用Park AFM的增强型EFM实现的一种模式,它在接触模式下运行,大大提高了空间分辨率和灵敏性检测度(见图3)。图4比较了通过DC-EFM(上排)和传统EFM(下排)获取的TGS单晶的形貌和表面电荷图像。使用传统EFM获取的EFM图像显示了形貌信号与图像的强烈耦合,而使用DC-EFM获取的图像则完全分离了形貌。DC-EFM的主要优势如下: Park AFM的增强型EFM示意图如图1所示。一个外部锁相放大器连接到Park AFM,有两个目的。一个目的是除了Park AFM控制器施加的直流偏压外,还向探针施加一个频率为(ω)的交流偏压。另一个目的是从输出信号中分离出频率(ω)的成分。这是增强型EFM的核心优势,同时使它与Park AFM的标准EFM硬件区分开来。


•无需特殊样品处理
•高空间分辨率和非侵入式探测
•Simultaneous topography and domain imaging(图2)
•domain dynamics的实时成像
•纳米尺度下的领域控制和可视化(图5)
•详细的局部信息而非整体效应

图4. (a) DC-EFM获取的TGS单晶的形貌图像;(b) DC-EFM获取的TGS单晶的表面电荷图像;(c) 传统EFM获取的TGS单晶的形貌图像;(d) 传统EFM获取的TGS单晶的表面电荷图像。

图5. (a) Domain switching behavior in ferroelectric materials. Creation of small domains of TGS by (b) positive applied voltage of 10 V, and (c) negative applied voltage of 10 V.