扫描开尔文探针显微镜

       扫描开尔文探针显微镜（Scanning Kelvin Probe Microscopy, SKPM)是在原子力显微镜（Atomic Force Microscopes，AFM）技术的基础上，结合开尔文探针（Kelvin Probe）技术发展起来的一种扫描探针显微镜技术，用于对样品表面静电势（Surface Electrostatic Potential）分布进行成像，因此也称为表面电势成像法（Surface Potential Imaging，SP Imaging）。

       扫描开尔文探针显微镜的原理如下图所示：

扫描开尔文探针显微镜原理图

       扫描开尔文探针显微镜在技术上，是基于原子力显微镜的抬起模式实现的。具体技术路线如下：导电探针以普通的原子力显微镜的轻敲模式（Tapping Mode）对样品进行一行扫描，获得该行的样品表面高低起伏路径（即形貌），然后在已得到样品起伏的基础上，控制探针抬起一定的高度沿样品表面的起伏扫描（目的保证在扫描过程中探针与样品间的距离恒定，排除样品形貌的影响），如果探针和样品存在电势差，在探针和样品间施加一个频率与探针固有频率相同的交流电压信号，探针就会因静电力而产生机械振荡，该力的大小与探针和样品间存在电势差成正比。扫描开尔文探针显微镜成像技术实际上是一种归零调整技术，在探针和样品间施加一个可控的直流补偿电压信号，通过调整该电压信号的大小，可以补偿样品的表面电势使探针和样品间的电势差为零，此时探针因会因静电力为零而不产生振荡。换言之，如果在扫描过程中，通过控制补偿电压使探针振幅归零，记录下每个扫描点所对应的补偿电压的大小，就可得到样品的表面电势分布图。

       采用本原的扫描开尔文探针显微镜，对氮化硼（BN）表面功能化前后的CsPbBr3薄膜表面电势进行测量，结果如下：