一种表面电荷测量方法

摘要

本发明属于表面电荷测量技术领域，特别是一种利用开尔文探针力显微镜技术的表面电荷测量方法。本发明利用开尔文探针力显微镜本身自带的光纤干涉仪通过测量干涉激光强度的变化来测量探针的偏移量，完成对针尖到样品的距离修正，利用针尖与样品的实际距离和静电力的关系最终获得可靠的表面电荷密度，对于材料与器件表面电荷的研究具有重要意义。

主权项

一种表面电荷测量方法，其特征在于包括如下步骤：1)将待测样品固定在开尔文探针力显微镜的样品台上，激光器发出波长为λ的激光，在压电片上施加直流电压V_dc，使得探针垂直移动，移动距离大于激光波长λ；同时，记录干涉激光强度与探针移动距离的关系，通过干涉激光强度的最大值I_max与最小值I_min，计算得到干涉仪测量探针偏移的灵敏度2)在探针与样品之间施加交流电压，使探针及其悬臂发生谐振，将探针移动到样品待测点的上方，扫描管向探针方向移动，利用锁相放大器监测探针的振动幅度R和相位θ，得到探针振动幅度R与扫描管移动距离Z的关系曲线、相位θ与扫描管移动距离Z的关系曲线，将振动幅度R和相位θ输出到计算机；同时监测干涉激光强度I，初始位置的干涉激光强度为I₀，得到干涉激光强度与扫描管移动距离Z的关系曲线；3)通过计算机采集到的相位θ与振动幅度R，用探针在初始位置的幅度值归一化计算得到归一化振幅值R_N，然后计算得到A＝cosθ/R_N；4)通过扫描管移动过程中干涉激光强度的变化值ΔI＝I‑I₀，计算悬臂的形变量ΔZ＝D×ΔI，修正获得“针尖‑样品”的实际距离Z*＝Z‑ΔZ，得到A‑Z*曲线关系；5)通过公式对A‑Z*力曲线进行拟合，得到M、B的值，M，B为常量；6)计算得到表面电荷密度：其中S＝π×r²，r为探针尖端半径；k为针尖弹性系数，ε₀为真空介电常数。