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Park AFM Modes and Techniques

Park 原子力显微镜的 电学模式

PinPoint™导电原子力显微镜

pinpoint-conductive-mode

在当前测量操作中实现最佳的分辨率与灵敏度

PinPoint™导电原子力显微镜模式是针对探针和样品之间的指定电接点而开发设计的。XY轴扫描仪停动的同时测量电流,接触时间由用户控制。PinPoint™导电原子力显微镜模式能够带来更高的空间分辨率,且不受 侧向力的影响,同时在不同样品表面的电流测量也得到优化。

 

pinpoint

1.XY轴扫描器在采集过程中停止工作
2.在每个像素点接近和缩回。
3.记录接近高度并保持轴距离。

pinpoint-zno-nono-rods.jpg

传统的接触和轻敲导电原子力显微镜具有缺点和优点。
PinPoint iAFM具有空间分辨率和电流灵敏度的最佳性能。

 

ZnO nano-rods
Scan size:  4 µm
Using Probe: Solid Pt
Imaged on a Park NX20 using PinPoint Scan Mode.

导电探针原子力显微镜

contact-mode

探查样品表面的局部电子结构

导电探针原子力显微镜对样品表面的形貌和电导率同时进行成像。将导电悬臂置于样品表面,在悬臂与样品之间设置偏压,获得样品的局部导电性。导电原子力显微镜检测电流结果,大约低至几单位pA。一般低水平的电流测定需要制定检测方案,采用sub pA的电流噪音水平。Park Systems提供三种电流采样选项,检测从sub pA到mA的电流信号。

  • • 超低噪音导电原子力显微镜(ULCA): < 0.1 pA噪音水平/span>
  • • 可变-增强型导电原子力显微镜(VECA): < 0.3 pA噪音水平
  • • 内部导电原子力显微镜:< 1 pA 噪音水平
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导电探针原子力显微镜图像上的对比度指示凸起点的电性质差异。
具有各种样品偏差的DRAM表面和导电探针原子力显微镜图像的形貌。

SRAM
Scan size: 1µm
Using Probe: CDT-ContR
Imaged on a Park XE-Series using Conductive Probe Mode.

电流-电压分光镜技术

iv-spectroscopy-mode

Park原子力显微镜能够在样品表面的特定点上进行电流-电压分光镜操作。Park systems导电原子力显微镜模式的噪音低,可用于检测样品电学特性的极小变化。

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SRAM
Scan size:2 µm 
Using Probe: CDT-ContR
Imaged on a Park NX10 using I-V Spectroscopy Mode.

静电力显微镜(EFM)

efm-mode

高分辨率和高灵敏度的静电力成像

原子力显微镜采用如下流程测定了大部分的表面性质。静电力显微镜测量操作也采用相同的程序。对于静电力显微镜,样品表面性质为电气性质,其相互作用力为针尖和样品之间的静电力。然而,除了静电力以外,针尖和样品之间还总是会出现范德瓦耳斯力。这些范德瓦耳斯力的级数随着针尖和样品间的距离改变而发生变化,因此其也用于测量表面形貌。

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(a) 形貌 (b) 1V样品偏差的静电力显微镜振幅

Fuel Cell
Scan size:20 µm 
Using Probe: NSC14 Cr-Au
Imaged on a Park XE-Series using EFM Mode.

扫描开尔文探针显微镜(SKPM)

skpm-mode

高分辨率和高灵敏度的表面电势成像

扫描开尔文探针显微镜的原理与带有直流偏压反馈的增强型静电力显微镜相似。直流偏压由反馈回路控制,以使ω归零。使力归零的直流偏压是表面电势的一个量度。区别在于来自锁相放大器信号的处理方式。如上节所述,来自锁相放大器信号ω可通过以下方程表示:scanning-kelvin-probe-microscopy-skpm-f3,其中ω信号可单独用于测量表面电势。当VDC = Vs,或直流偏压与样品表面电势相符时,ω信号振幅为0。反馈回路可加入系统并改变直流偏压,从而使测量ω信号的锁相放大器的输出为零。当直流偏压的值为零时,ω信号为表面电势的一个量度。直流偏压变动造成的图像将作为显示表面电势绝对值的图像。

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skpm-graphene

表面在字素上的电位分布

Graphene
Scan size: 15 µm
Using Probe: Contsc Pt
Imaged on a Park XE-Series using SKPM Mode.

动力接触静电力显微镜(DC-EFM)

dc-efm-mode

高分辨率和高灵敏度的静电力成像

通过动力接触静电力显微镜可获得超高分辨率的静电力显微镜结果。动力接触静电力显微镜是Park Systems的专利产品,通过主动向悬臂施加交流偏压,检测悬臂调制因偏压而产生的振幅与相位变化。动力接触静电力显微镜能够监测调制的二次谐波,与样品电容进行比较,增强背景处分子间作用力的电力信号。

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dc-efm-pzt-film

[形貌] / [静电力显微镜振幅] / [静电力显微镜相位]

Pzt film
Scan size: 2 µm
Using Probe: PPP-EFM
Imaged on a Park XE-Series using DC-EFM Mode.

压电力显微镜(PFM)

pfm-mode

压电力显微镜模式已获得专利,可精确测定铁电或压电样品极性等磁畴现象。本模式包括交流与直流偏压的独立控制,以及局部振幅/相位与直流偏压分光镜技术的对比。

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ferroelectric-polymer

[形貌] / [静电力显微镜振幅] / [静电力显微镜相位]
域切换,+20V应用到外部方形,-20V应用到内部方形。

Ferroelectric Polymer on ITO
Scan size: 10 µm
Using Probe: Contsc Pt
Imaged on a Park XE-Series using DC-EFM Mode.

压电响应分光镜

压电响应分光镜模式针对针尖与样品表面间的直流偏压,测定局部振幅/相位响应。局部压电畴的极性基于施加电压的信号与数量而变化。

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Pzt film
Scan size: 2 µm
Using Probe: PPP-EFM
Imaged on a Park XE-Series using EFM Mode.

QuickStep™ 扫描电容显微镜/h2>

quickstep-scm-mode在QuickStep扫描模式下,XY轴扫描器在各像素点停住,记录数据。扫描器会在各像素点之间快速跳跃。

QuickStep™增进扫描电容显微镜的数据采集速度

为改善信噪比,保证检测器能有足够时间收据数据,传统扫描电容显微镜的扫描速度相对较慢。QuickStep™扫描电容显微镜不同于传统方法,并不采用缓慢的连续移动形式。XY轴扫描仪在各像素点停顿,记录数据后快速跳至下一测量点。这在有效加快扫描速率的同时,仍保持了传统扫描电容显微镜低速扫描的信号灵敏度。

应用说明 : 使用QuickStep扫描电容显微镜的半导体器件结构的精确掺杂物轮廓

 

quickstep-scan-rateQuickStep扫描(扫描速率1.5Hz0
conventianal-scan-rate传统扫描(扫描速率1Hz)

 

RAM
Scan size: 10µm x 3µm
Using Probe: PPP-EFM
Imaged on a Park NX20 using QuickStep Scan Mode.

扫描电容显微镜(SCM)

scm-mode

高分辨率和高灵敏度的电荷分布成像

扫描电容显微镜模式通过测定针尖与样品间的电容变化,提供样品表面的掺杂浓度信息。模块支持可变的共鸣器频率,针对具体的掺杂范围选定最敏感的共鸣器频率后,其采用的大范围射频带宽能够监测的掺杂浓度范围可达较大水平。

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n型掺杂硅样品具有变化的掺杂剂浓度区域,由Park扫描电容显微镜成像。 小于一个数量级的掺杂浓度清楚可辨

N-doped silicon
Scan size: 20 µm
Using Probe: PPP-EFM
Imaged on a Park NX20 using SCM Mode.

扫描展阻显微镜(SSRM)

ssrm-mode

探查样品表面的局部电子结构

扫描展阻显微镜模式采用导电原子力显微镜针尖,在施加直流偏压的同时扫描一个较小区域,可精确测量样品表面的局部电阻。

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scanning-spreading-resistance-microscopy-ssrm-f1

扫描隧道显微镜(STM)

stm-mode

探查样品表面的局部电子结构

扫描隧道显微镜负责测量针尖与样品之间的隧道电流,提供的高精度亚纳米级图像可用于了解样品性质。

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YBCO超导体的扫描隧道显微镜图像

YBCO super conductor 
Scan size: 2 µm
Using Probe: STM Pt/Ir wire
Imaged on a Park NX10 using STM Mode.

扫描隧道分光镜(STS)

sts-mode

扫描穿隧分光镜模式针对用户定义点提供电流-电压(I/V)分光镜数据,可用于分析样品的局部电子态。

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时间分辨的光电流测绘(Tr-PCM)

pcm-mode

促进光敏材料研究方面的创新

时间分辨的光电流测绘模式针对时间分辨照明测定光电流响应,但不受到反馈激光器等不必要光源的干扰。本模式配备激光照明组件,以及数据采集与分析软件。

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time-resolved-photocurrent-mapping-f1-a

对时间分辨照明的典型光电流响应。
在照射之前、期间和之后测量样本和电压偏置悬臂之间的电流。

time-resolved-photocurrent-mapping-f1-b

 

光电流光谱的逐点映射。
在样品上定义的每个网格点获取时域中的光电流响应


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