摘要：本文研究开尔文探针力显微镜(KPFM)中多频率方法的实现。KPFM中的多频率方法同时激发微悬臂探针的第一次和第二次的本征机械振动模式并分别用于样品形貌和表面电势成像。据此,本文设计了一种基于传统比例-积分控制器基本原理的模拟式反馈控制器,用以实现探针的调控。测试表明,该反馈控制器带宽可达约5 k Hz,并利用该反馈控制器研制出了多频率KPFM,其电势测量灵敏度优于5 m V。利用该多频率KPFM,对注入电荷后的介电薄膜样品进行测试,一次成像即可得到样品的形貌图及局域电势的二维分布图。该多频率KPFM技术可广泛应用于电子材料与器件的电特性表征。

摘要：近年来,伴随着二维材料在半导体器件等方面的应用,人们使用开尔文探针力显微镜(KPFM)对二维材料进行了深入研究。尽管KPFM使用越来越广泛,但在KPFM测量二维材料功函数的准确性方面关注较少。该文提出使用一种非线性PI控制器提高KPFM的测量准确性。使用高定向热解石墨(HOPG)作为标准样进行非线性PI控制器系统性能评价,得到系统测量列的单次测量实验标准差为0.38 mV,平均值的实验标准差为0.12 mV,非线性误差为0.26%。衬底为金膜的二维材料MoSe2作为该文的实验测量对象,对比商用KPFM测量系统,基于非线性PI控制器调控的KPFM电学反馈误差电压绝对值的平均值减少了75.5%,误差电压绝对值的最大值减少了80.0%,表现出更高的测量准确性。

摘要：半导体金属氧化物二氧化钛因其稳定、高效、无毒、兼容、低廉等优点受到广泛的关注,本文在低温78 K下利用原子力显微镜探索了二氧化钛亚表面电荷的特性及其对表面点缺陷和吸附原子分布的影响.在原子结构形貌图中亚表面电荷被成像为椭圆形亮丘,且亮丘的高度主要分布在3个不同的区间内,这意味着亚表面电荷位于3个不同的亚表面原子层.在开尔文探针力显微镜成像中,亚表面电荷的电势分布相对低,根据电势成像机理,亚表面电荷为正电荷特性.原子力显微镜的成像图表明,亚表面电荷不仅排斥具有正电荷特性的表面氧空位、吸附氢原子和表面台阶,而且排斥具有负电荷特性的吸附氧原子.实验结果有助于二氧化钛物理特性的研究及其相关产品性能的改进和设计.

摘要：作为光催化剂模型材料的金红石型二氧化钛(110)结构,同时针对金红石型二氧化钛(110)提出了接触电位差(CPD)的2种测试方法,包括二次扫描法与原子追踪2D测试法。基于超高真空超低温调频原子力显微镜与开尔文探针力显微镜(UHV-ULT-NC-AFM/KPFM)测试技术,通过对探针的修饰,完成了金红石型二氧化钛(110)表面CPD的表征。实验发现由于Smoluchowski效应,二氧化钛(110)表面台阶上CPD可减少0.2 V,同时研究了CPD减少与光催化活性的关系。为后期相关研究实验奠定了基础。