CN113030602A - 一种样品材料的电学性能测量方法、装置、设备和介质 - Google Patents
一种样品材料的电学性能测量方法、装置、设备和介质 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113030602A CN113030602A CN202110232018.4A CN202110232018A CN113030602A CN 113030602 A CN113030602 A CN 113030602A CN 202110232018 A CN202110232018 A CN 202110232018A CN 113030602 A CN113030602 A CN 113030602A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- target
- sample material
- probe
- determining
- amplitude
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000523 sample Substances 0.000 title claims abstract description 433
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 41
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims abstract description 37
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 35
- 230000006870 function Effects 0.000 claims description 116
- 238000012876 topography Methods 0.000 claims description 15
- 238000004590 computer program Methods 0.000 claims description 14
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 22
- 239000000463 material Substances 0.000 description 17
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 9
- 230000008859 change Effects 0.000 description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 6
- 238000004667 electrostatic force microscopy Methods 0.000 description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 5
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 238000010079 rubber tapping Methods 0.000 description 4
- 238000001124 conductive atomic force microscopy Methods 0.000 description 3
- 238000004654 kelvin probe force microscopy Methods 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
- G01R29/24—Arrangements for measuring quantities of charge
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R1/00—Details of instruments or arrangements of the types included in groups G01R5/00 - G01R13/00 and G01R31/00
- G01R1/02—General constructional details
- G01R1/06—Measuring leads; Measuring probes
- G01R1/067—Measuring probes
- G01R1/06772—High frequency probes
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
- G01R19/145—Indicating the presence of current or voltage
- G01R19/15—Indicating the presence of current
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
- G01R19/145—Indicating the presence of current or voltage
- G01R19/155—Indicating the presence of voltage
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
Abstract
本发明公开了一种样品材料的电学性能测量方法、装置、设备和介质,该方法中在压电陶瓷上施加交变电压,使固定在压电陶瓷上的探针在样品材料表面振动;样品材料表面的电荷诱导探针与样品材料之间产生感应交流电,根据感应交流电的目标振幅、测量得到的探针与样品材料之间的目标接触电势差值和预先保存的感应交流电的目标振幅确定函数,确定出样品材料表面的目标电荷密度,根据目标接触电势差值和确定的探针的功函数值,确定样品材料表面的目标功函数值,由于不需要在探针与样品材料之间施加交流偏压和直流电压,并且根据确定的感应交流电的目标振幅确定函数确定目标电荷密度,从而提高了确定的样品材料表面的目标功函数值和目标电荷密度的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及显微镜测量领域,尤其涉及一种样品材料的电学性能测量方法、装置、设备和介质。
背景技术
为了测量材料表面微观电学性质,现有技术中存在一种原子力显微镜(atomicforce microscopy,AFM);该原子力显微镜是一种常用的微观表征设备,其最初最要是用于测量样品材料表面微观形貌,在原子力显微镜的基础上,又增加了测量样品材料表面微观电学性能测量的功能,电学性能包括材料表面电荷密度,材料表面功函数等。
现有技术中还存在可以测量材料表面电学性能的开尔文探针力显微镜(Kelvinprobe force microscopy,KPFM)、静电力显微镜(electrostatic force microscopy,EFM)以及导电原子力显微镜(conductive force microscopy,CAFM)。
其中,KPFM首先通过施加交流偏压诱导的交变静电力驱动探针振动,之后在探针与样品材料之间施加直流电压,在直流电压使探针振动的一阶振动频率的振幅为0时,该直流电压的大小与样品材料与探针之间的接触电势差的大小相等,从而根据该接触电势差、以及接触电势差与电荷密度间的函数关系,确定出样品材料的表面电荷密度,并且根据探针的功函数与该接触电势差的差值,确定出样品材料表面功函数。但是由于施加在探针与样品材料之间的交流偏压和直流电压会影响样品材料的电学性能,从而导致测量结果不准确。
现有技术中EFM首先通过在压电陶瓷施加交变电压使其振动从而带动固定在压电陶瓷上的探针振动,探针受到样品材料的静电力后,其振动振幅和相位将发生变化,根据探针在样品材料表面不同位置时该振动振幅和相位的变化可以定性判断出材料表面的电荷密度的变化。但是由于该振动振幅和相位的变化与该静电力的值没有准确的对应关系,因此该EFM无法准确地确定出该静电力的大小以及样品材料表面电荷密度,并且该EFM也无法确定出样品材料表面功函数。
此外,现有技术中的CAFM主要用于测量材料微区的导电性,不能获得样品材料的表面电荷,功函数等表面微观电学性能。
发明内容
本发明提供了一种样品材料的电学性能测量方法、装置、设备和介质,用以解决现有技术中的无法准确地确定样品材料的电学性能的问题。
本发明提供了一种样品材料的电学性能测量方法,所述方法包括:
在压电陶瓷上施加交变电压,使固定在所述压电陶瓷上的探针在样品材料表面振动;
测量所述探针与所述样品材料之间的目标接触电势差值,并确定所述探针在所述样品材料表面振动产生的感应交流电的目标振幅;
根据所述目标接触电势差值和确定的所述探针的功函数值,确定所述样品材料表面的目标功函数值,根据所述目标振幅、所述目标接触电势差值和预先保存的所述感应交流电的目标振幅确定函数,确定所述样品材料表面的目标电荷密度。
进一步地,所述确定所述探针在所述样品材料表面振动产生的感应交流电的目标振幅包括:
测量频率与所述探针的共振频率相同的目标感应交流电;
将所述目标感应交流电的振幅作为目标振幅。
进一步地,所述根据所述目标接触电势差值和确定的所述探针的功函数值,确定所述样品材料表面的目标功函数值包括:
根据所述目标接触电势差值和确定的所述探针的功函数值,确定所述探针的功函数值与所述目标接触电势差值的差值,将所述差值确定为所述样品材料表面的目标功函数值。
进一步地,所述根据所述目标振幅、所述目标接触电势差值和预先保存的所述目标感应交流电的目标振幅确定函数,确定所述样品材料表面的目标电荷密度包括:
根据预先保存的所述目标感应交流电的目标振幅确定函数 以及所述目标振幅Acharge/ω和所述目标接触电势差值VCPD,确定所述样品材料表面的目标电荷密度σ,其中h为预先确定的样品材料的表面形貌和探针与样品材料的预设高度、ω为确定的所述探针的共振频率、A0为确定的所述探针的振幅、d为确定的电介质厚度、ε0为确定的真空介电常数、ε为确定的相对介电常数、S为探针针尖的等效面积。
相应地,本发明提供了一种样品材料的电学性能测量装置,所述装置包括:
控制模块,用于在压电陶瓷上施加交变电压,使固定在所述压电陶瓷上的探针在样品材料表面振动;
测量模块,用于测量所述探针与所述样品材料之间的目标接触电势差值,并确定所述探针在所述样品材料表面振动产生的感应交流电的目标振幅;
确定模块,用于根据所述目标接触电势差值和确定的所述探针的功函数值,确定所述样品材料表面的目标功函数值,根据所述目标振幅、所述目标接触电势差值和预先保存的所述感应交流电的目标振幅确定函数,确定所述样品材料表面的目标电荷密度。
进一步地,所述测量模块,具体用于测量频率与所述探针的共振频率相同的目标感应交流电;将所述目标感应交流电的振幅作为目标振幅。
进一步地,所述确定模块,具体用于根据所述目标接触电势差值和确定的所述探针的功函数值,确定所述探针的功函数值与所述目标接触电势差值的差值,将所述差值确定为所述样品材料表面的目标功函数值。
进一步地,所述确定模块,具体用于根据预先保存的所述目标感应交流电的目标振幅确定函数以及所述目标振幅Acharge/ω和所述目标接触电势差值VCPD,确定所述样品材料表面的目标电荷密度σ,其中h为预先确定的样品材料的表面形貌和探针与样品材料的预设高度、ω为确定的所述探针的共振频率、A0为确定的所述探针的振幅、d为确定的电介质厚度、ε0为确定的真空介电常数、ε为确定的相对介电常数、S为探针针尖的等效面积。
相应地,本发明提供了一种电子设备,所述电子设备包括处理器和存储器,所述存储器用于存储程序指令,所述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现上述样品材料的电学性能测量方法中任一所述方法的步骤。
相应地,本发明提供了一种计算机可读存储介质,其存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现上述样品材料的电学性能测量方法中任一所述方法的步骤。
本发明提供了一种样品材料的电学性能测量方法、装置、设备和介质,由于该方法中在压电陶瓷上施加交变电压,使固定在压电陶瓷上的探针在样品材料表面振动;当探针在样品材料表面振动时,探针与样品材料之间的电容会发生变化,样品材料表面的电荷会诱导探针与样品材料之间产生感应交流电,根据感应交流电的目标振幅、测量得到的探针与样品材料之间的目标接触电势差值和预先保存的感应交流电的目标振幅确定函数,从而确定出样品材料表面的目标电荷密度,根据目标接触电势差值和确定的探针的功函数值,确定样品材料表面的目标功函数值,由于不需要在探针与样品材料之间施加交流偏压和直流电压,并且是根据确定的感应交流电的目标振幅确定函数确定目标电荷密度,从而提高了确定的样品材料表面的目标功函数值和目标电荷密度的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域的普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种样品材料的电学性能测量方法的过程示意图;
图2为本发明实施例提供的一种显微镜的示意图;
图3为本发明实施例提供的一种探针与样品材料的电容模型;
图4为本发明实施例提供的另一种探针与样品材料的电容模型;
图5为本发明实施例提供的一种显微镜测得的材料表面的电荷密度的示意图;
图6为本发明实施例提供的一种显微镜测得的材料表面的电荷密度的示意图;
图7为本发明实施例提供的一种显微镜测得的材料表面的电荷密度的示意图;
图8为本发明实施例提供的一种显微镜测得的材料表面的电荷密度的示意图;
图9为本发明实施例提供的一种显微镜测得的材料表面的电荷密度的示意图;
图10为本发明实施例提供的一种样品材料的电学性能测量装置的结构示意图;
图11为本发明实施例提供的一种电子设备结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
为了提高确定的样品材料的电学性能的准确性,本发明实施例提供了一种样品材料的电学性能测量方法、装置、设备和介质。
实施例1:
图1为本发明实施例提供的一种样品材料的电学性能测量方法的过程示意图,该过程包括以下步骤:
S101:在压电陶瓷上施加交变电压,使固定在所述压电陶瓷上的探针在样品材料表面振动。
本发明实施例提供的一种样品材料的电学性能测量方法可以应用于电子设备,该电子设备可以是显微镜本身,也可以是显微镜的控制设备。
为了测量样片材料表面的电学性能,在本发明实施例中,该电子设备在压电陶瓷上施加交变电压,由于压电陶瓷本身的逆压电效应,压电陶瓷在受到交变电压后,压电陶瓷会发生形变,并且由于探针固定在压电陶瓷之上,因此压电陶瓷本身的形变也会带动该探针在样品材料表面振动。
其中,显微镜中的压电陶瓷的长一般在1到8毫米之间,宽一般在1到4毫米之间,厚一般在1到3毫米之间,探针是商用导电探针,探针的针尖半径在几十纳米到几个微米之间,探针可以是镀金属薄膜探针,也可以是镀导电金刚石探针,还可以是全金属探针,本发明实施例对此不做限制。
具体的,该电子设备根据确定的样品材料的表面形貌,控制探针在样品材料表面形貌的设定高度h处振动;其中,该设定高度h一般为0到1微米,控制探针在样品材料表面形貌的设定高度h处的方法属于现有技术,本发明实施例对此不做赘述。
其中,确定样品材料的表面形貌的方法可以是现有的接触模式(contact mode)确定方法,也可以是现有的峰值力轻敲模式(peakforce tapping mode)确定方法,本发明实施例对此不做赘述。
S102:测量所述探针与所述样品材料之间的目标接触电势差值,并确定所述探针在所述样品材料表面振动产生的感应交流电的目标振幅。
探针在样品材料表面振动时,探针与样品材料之间的电容发生变化,样品材料表面的电荷会诱导探针与样品材料之间产生感应交流电,该电子设备测量探针与样品材料之间由于感应交流电的目标接触电势差值,并确定出该感应交流电的目标振幅。
具体的,该电子设备为显微镜时,该显微镜内部包括电流测量模块和锁相放大器,该显微镜的电流测量模块测量得到的感应交流电,该显微镜的锁相放大器根据输入的感应交流电确定出目标接触电势差值以及感应交流电的目标振幅。
该电子设备为显微镜的控制设备时,该电子设备控制显微镜的电流测量模块测量得到的感应交流电,控制显微镜的锁相放大器根据输入的感应交流电确定出目标接触电势差值以及感应交流电的目标振幅。
S103:根据所述目标接触电势差值和确定的所述探针的功函数值,确定所述样品材料表面的目标功函数值,根据所述目标振幅、所述目标接触电势差值和预先保存的所述感应交流电的目标振幅确定函数,确定所述样品材料表面的目标电荷密度。
确定出该探针与样品材料之间的目标接触电势差值后,根据该目标接触电势差值和确定的探针的功函数值,可以确定出样片材料表面的目标功函数值。其中功函数值是指把一个电子从固态内部刚好移到该固态表面所需的最少的能量值,其中,根据该探针与样品材料之间的目标接触电势差值和该探针的功函数值,确定该样片材料表面的目标功函数值的方法属于现有技术,本发明实施例对此不做赘述。
确定出该探针与样品材料之间的感应电流的目标振幅和目标接触电势差值后,为了确定该样品材料表面的目标电荷密度,还预先保存有该探针与样品材料表面的目标振幅确定函数,将确定出的该目标振幅和目标接触电势差值代入该目标振幅确定函数关系中,可以确定出该样品材料表面的目标电荷密度。
由于本发明实施例中在压电陶瓷上施加交变电压,使固定在压电陶瓷上的探针在样品材料表面振动;当探针在样品材料表面振动时,探针与样品材料之间的电容发生变化,样品表面的电荷会诱导探针与样品材料之间产生感应交流电,根据感应交流电的目标振幅、测量得到的探针与样品材料之间的目标接触电势差值和预先保存的感应交流电的目标振幅确定函数,从而确定出样品材料表面的目标电荷密度,根据目标接触电势差值和确定的探针的功函数值,确定样品材料表面的目标功函数值,由于不需要在探针与样品材料之间施加交流偏压和直流电压,并且是根据确定的感应交流电的目标振幅确定函数确定目标电荷密度,从而提高了确定的样品材料表面的目标功函数值和目标电荷密度的准确性。
实施例2:
为了确定探针在样品材料表面振动产生的感应交流电的目标振幅,在上述实施例的基础上,在本发明实施例中,所述确定所述探针在所述样品材料表面振动产生的感应交流电的目标振幅包括:
测量频率与所述探针的共振频率相同的目标感应交流电;
将所述目标感应交流电的振幅作为目标振幅。
为了确定探针在样品材料表面振动产生的感应交流电的目标振幅,在本发明实施例中,该电子设备测量得到该探针与样品材料表面产生的每种频率的感应交流电,根据感应交流电的每种频率,确定出频率与探针的共振频率相同的目标感应交流电,并将该目标感应交流电的振幅作为目标振幅。
图2为本发明实施例提供的一种显微镜的示意图,如图2所示,该显微镜包括高频信号发生器、电流测量模块和锁相放大器2。该高频信号发生器输出频率为ω的交变电压并施加在压电陶瓷上,其中交变电压的频率ω与探针的共振频率相同,使固定在压电陶瓷上的探针在样品材料表面振动,从而在探针与样品材料表面之间产生感应交流电。
其中,探针在样品材料表面振动时,由于振动会导致探针在样品材料的扫描位置变化,即探针的针尖垂直到样品材料的位置会发生变化,位置变化的大小一般在200微米以内。
信号发生器可以产生的交变电压的频率范围在几千赫兹到几兆赫兹之间,该探针的共振频率一般在几万赫兹到几十万赫兹之间;该电流测量模块的电流测量分辨率为飞安量级。
若该电子设备为该显微镜时,该显微镜的电流测量模块测量得到频率与探针的共振频率相同的目标感应交流电,并将目标感应交流电输入到锁相放大器2中,确定出目标感应交流电的振幅。
若该电子设备为该显微镜的控制设备,该控制设备控制该显微镜的电流测量模块测量得到频率与探针的共振频率相同的目标感应交流电,并将目标感应交流电输入到锁相放大器2中,从而确定出目标感应交流电的振幅。
图2中的显微镜还包括有锁相放大器1和反馈控制器,该锁相放大器1和反馈控制器用于确定样品材料的表面形貌,在本发明实施例中,确定样品材料的表面形貌的方法是现有的轻敲模式(tapping mode)确定方法。
具体的,显微镜的高频信号发生器输出频率为ω的交变电压并施加在压电陶瓷上,使固定在压电陶瓷上的探针在样品材料表面振动,将振动产生的振动信号和交变电压的频率ω输入锁相放大器1,锁相放大器1确定出探针的振幅并发送给反馈控制器,反馈控制器根据振幅调节样品材料所在平台的高低,使探针与样品材料的距离值为预设的固定值,根据平台的Z轴的变化,可以确定出样品材料的表面形貌。
实施例3:
为了确定样品材料表面的目标功函数值,在上述各实施例的基础上,在本发明实施例中,所述根据所述目标接触电势差值和确定的所述探针的功函数值,确定所述样品材料表面的目标功函数值包括:
根据所述目标接触电势差值和确定的所述探针的功函数值,确定所述探针的功函数值与所述目标接触电势差值的差值,将所述差值确定为所述样品材料表面的目标功函数值。
为了确定样品材料表面的目标功函数值,在本发明实施例中,电子设备预先保存有探针的功函数值,其中探针的功函数值是确定的,若探针为纯金材质,则纯金探针的功函数值是5.1,若探针是纯铂材质,则纯铂探针的功函数值是5.65。
根据该目标接触电势差值和确定的探针的功函数值,由于探针与样品材料表面之间的感应交流电的目标接触电势差值等于探针的功函数值与样品材料的目标功函数值的差值,因此根据目标接触电势差值和确定的探针的功函数值,确定探针的功函数值与目标接触电势差值的差值,将探针的功函数值与目标接触电势差值的差值确定为样品材料表面的目标功函数值。
实施例4:
为了确定样品材料表面的目标电荷密度,在上述各实施例的基础上,在本发明实施例中,所述根据所述目标振幅、所述目标接触电势差值和预先保存的所述目标感应交流电的目标振幅确定函数,确定所述样品材料表面的目标电荷密度包括:
根据预先保存的所述目标感应交流电的目标振幅确定函数 以及所述目标振幅Acharge/ω和所述目标接触电势差值VCPD,确定所述样品材料表面的目标电荷密度σ,其中h为预先确定的样品材料的表面形貌和探针与样品材料的预设高度、ω为确定的所述探针的共振频率、A0为确定的所述探针的振幅、d为确定的电介质厚度、ε0为确定的真空介电常数、ε为确定的相对介电常数、S为探针针尖的等效面积。
为了确定样品材料表面的目标电荷密度,在本发明实施例中,电子设备预先保存有探针与样品材料表面产生的目标感应交流电的目标振幅确定函数,该目标振幅确定函数为:其中,该Acharge/ω为目标感应交流电的目标振幅,VCPD为目标感应交流电的目标接触电势差值,σ为样品材料表面的目标电荷密度,h为预先确定的样品材料的表面形貌和探针与样品材料的预设高度、ω为确定的所述探针的共振频率、A0为确定的所述探针的振幅、d为确定的电介质厚度、ε0为确定的真空介电常数、ε为确定的相对介电常数、S为探针针尖的等效面积。
电子设备确定出探针与样品材料表面的目标感应交流电的目标振幅和目标接触电势差值后,将该目标振幅和目标接触电势差值代入上述目标振幅确定函数中,从而确定出该样品材料表面的目标电荷密度。
图3为本发明实施例提供的一种探针与样品材料的电容模型,如图3所示,探针以抬高高度为h,振动频率为ω,振动振幅为A0在样品表面做简谐振动。将探针与样品看做一个电容,根据探针抬高高度、振动频率和探针振幅,由于探针在样品材料表面的振动是简谐振动,因此可得探针表面距离样品电介质表面距离为x(t),其中x(t)=h+A0sin(ωt)。
图4为本发明实施例提供的另一种探针与样品材料的电容模型,如图4所示,样品材料表面的电介质厚度为d,探针的表面积为S,假设样品材料表面的电荷密度为-σ,探针表面的电荷密度为Sσ-Q,根据高斯定理,可得样品材料的基底电极的表面电荷密度为Q。
根据上述目标接触电势差值的函数关系,可以得到等式1: 对等式1求导,可得等式2:其中j(t)为探针与样品材料的基底电极之间产生的感应交流电的电流密度,对等式2进行傅里叶变换,可以确定出探针与样品材料之间的频率为探针的共振频率ω的目标感应交流电的电流密度j(t)/ω,因此可以确定出探针与样品材料之间产生的目标感应交流电的目标振幅Acharge/ω,
图5为本发明实施例提供的一种显微镜测得的材料表面的电荷密度的示意图,通过预先在探针与样品材料之间施加-10V偏压的方法在样品材料表面注入电荷,之后采用本发明实施例的方法来测量样品材料表面的电荷密度,图5中的颜色深度表示电荷密度的大小,颜色越深表示电荷密度越大。
图6为本发明实施例提供的一种显微镜测得的材料表面的电荷密度的示意图,通过预先在探针与样品材料之间施加-8V偏压的方法在样品材料表面注入电荷,之后采用本发明实施例的方法来测量样品材料表面的电荷密度,图6中的颜色深度表示电荷密度的大小,颜色越深表示电荷密度越大。
图7为本发明实施例提供的一种显微镜测,得的材料表面的电荷密度的示意图,通过预先在探针与样品材料之间施加-6V偏压的方法在样品材料表面注入电荷,之后采用本发明实施例的方法来测量样品材料表面的电荷密度,图7中的颜色深度表示电荷密度的大小,颜色越深表示电荷密度越大。
图8为本发明实施例提供的一种显微镜测得的材料表面的电荷密度的示意图,通过预先在探针与样品材料之间施加-4V偏压的方法在样品材料表面注入电荷,之后采用本发明实施例的方法来测量样品材料表面的电荷密度,图8中的颜色深度表示电荷密度的大小,颜色越深表示电荷密度越大。
图9为本发明实施例提供的一种显微镜测得的材料表面的电荷密度的示意图,通过预先在探针与样品材料之间施加-2V偏压的方法在样品材料表面注入电荷,之后采用本发明实施例的方法来测量样品材料表面的电荷密度,图9中的颜色深度表示电荷密度的大小,颜色越深表示电荷密度越大。
根据上述的图5、图6、图7、图8和图9,可以确定出在探针与样品材料之间施加的偏压越大,则图中的颜色深度越深,说明样品材料表面的电荷越多。
实施例5:
在上述各实施例的基础上,图10为本发明实施例提供的一种样品材料的电学性能测量装置的结构示意图,所述装置包括:
控制模块1001,用于在压电陶瓷上施加交变电压,使固定在所述压电陶瓷上的探针在样品材料表面振动;
测量模块1002,用于测量所述探针与所述样品材料之间的目标接触电势差值,并确定所述探针在所述样品材料表面振动产生的感应交流电的目标振幅;
确定模块1003,用于根据所述目标接触电势差值和确定的所述探针的功函数值,确定所述样品材料表面的目标功函数值,根据所述目标振幅、所述目标接触电势差值和预先保存的所述感应交流电的目标振幅确定函数,确定所述样品材料表面的目标电荷密度。
进一步地,所述测量模块,具体用于测量频率与所述探针的共振频率相同的目标感应交流电;将所述目标感应交流电的振幅作为目标振幅。
进一步地,所述确定模块,具体用于根据所述目标接触电势差值和确定的所述探针的功函数值,确定所述探针的功函数值与所述目标接触电势差值的差值,将所述差值确定为所述样品材料表面的目标功函数值。
进一步地,所述确定模块,具体用于根据预先保存的所述目标感应交流电的目标振幅确定函数以及所述目标振幅Acharge/ω和所述目标接触电势差值VCPD,确定所述样品材料表面的目标电荷密度σ,其中h为预先确定的样品材料的表面形貌和探针与样品材料的预设高度、ω为确定的所述探针的共振频率、A0为确定的所述探针的振幅、d为确定的电介质厚度、ε0为确定的真空介电常数、ε为确定的相对介电常数、S为探针针尖的等效面积。
实施例6:
图11为本发明实施例提供的一种电子设备结构示意图,在上述各实施例的基础上,本发明实施例中还提供了一种电子设备,包括处理器1101、通信接口1102、存储器1103和通信总线1104,其中,处理器1101,通信接口1102,存储器1103通过通信总线1104完成相互间的通信;
所述存储器1103中存储有计算机程序,当所述程序被所述处理器1101执行时,使得所述处理器1101执行如下步骤:
在压电陶瓷上施加交变电压,使固定在所述压电陶瓷上的探针在样品材料表面振动;
测量所述探针与所述样品材料之间的目标接触电势差值,并确定所述探针在所述样品材料表面振动产生的感应交流电的目标振幅;
根据所述目标接触电势差值和确定的所述探针的功函数值,确定所述样品材料表面的目标功函数值,根据所述目标振幅、所述目标接触电势差值和预先保存的所述感应交流电的目标振幅确定函数,确定所述样品材料表面的目标电荷密度。
进一步地,所述处理器1101,具体用于所述确定所述探针在所述样品材料表面振动产生的感应交流电的目标振幅包括:
测量频率与所述探针的共振频率相同的目标感应交流电;
将所述目标感应交流电的振幅作为目标振幅。
进一步地,所述处理器1101具体用于所述根据所述目标接触电势差值和确定的所述探针的功函数值,确定所述样品材料表面的目标功函数值包括:
根据所述目标接触电势差值和确定的所述探针的功函数值,确定所述探针的功函数值与所述目标接触电势差值的差值,将所述差值确定为所述样品材料表面的目标功函数值。
进一步地,所述处理器1101具体用于所述根据所述目标振幅、所述目标接触电势差值和预先保存的所述目标感应交流电的目标振幅确定函数,确定所述样品材料表面的目标电荷密度包括:
根据预先保存的所述目标感应交流电的目标振幅确定函数 以及所述目标振幅Acharge/ω和所述目标接触电势差值VCPD,确定所述样品材料表面的目标电荷密度σ,其中h为预先确定的样品材料的表面形貌和探针与样品材料的预设高度、ω为确定的所述探针的共振频率、A0为确定的所述探针的振幅、d为确定的电介质厚度、ε0为确定的真空介电常数、ε为确定的相对介电常数、S为探针针尖的等效面积。
上述电子设备提到的通信总线可以是外设部件互连标准(Peripheral ComponentInterconnect,PCI)总线或扩展工业标准结构(Extended Industry StandardArchitecture,EISA)总线等。该通信总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示,图中仅用一条粗线表示,但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
通信接口1102用于上述电子设备与其他设备之间的通信。
存储器可以包括随机存取存储器(Random Access Memory,RAM),也可以包括非易失性存储器(Non-Volatile Memory,NVM),例如至少一个磁盘存储器。可选地,存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。
上述处理器可以是通用处理器,包括中央处理器、网络处理器(NetworkProcessor,NP)等;还可以是数字指令处理器(Digital Signal Processing,DSP)、专用集成电路、现场可编程门陈列或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。
实施例7:
在上述各实施例的基础上,本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质,其存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行如下步骤:
在压电陶瓷上施加交变电压,使固定在所述压电陶瓷上的探针在样品材料表面振动;
测量所述探针与所述样品材料之间的目标接触电势差值,并确定所述探针在所述样品材料表面振动产生的感应交流电的目标振幅;
根据所述目标接触电势差值和确定的所述探针的功函数值,确定所述样品材料表面的目标功函数值,根据所述目标振幅、所述目标接触电势差值和预先保存的所述感应交流电的目标振幅确定函数,确定所述样品材料表面的目标电荷密度。
进一步地,所述确定所述探针在所述样品材料表面振动产生的感应交流电的目标振幅包括:
测量频率与所述探针的共振频率相同的目标感应交流电;
将所述目标感应交流电的振幅作为目标振幅。
进一步地,所述根据所述目标接触电势差值和确定的所述探针的功函数值,确定所述样品材料表面的目标功函数值包括:
根据所述目标接触电势差值和确定的所述探针的功函数值,确定所述探针的功函数值与所述目标接触电势差值的差值,将所述差值确定为所述样品材料表面的目标功函数值。
进一步地,所述根据所述目标振幅、所述目标接触电势差值和预先保存的所述目标感应交流电的目标振幅确定函数,确定所述样品材料表面的目标电荷密度包括:
根据预先保存的所述目标感应交流电的目标振幅确定函数 以及所述目标振幅Acharge/ω和所述目标接触电势差值VCPD,确定所述样品材料表面的目标电荷密度σ,其中h为预先确定的样品材料的表面形貌和探针与样品材料的预设高度、ω为确定的所述探针的共振频率、A0为确定的所述探针的振幅、d为确定的电介质厚度、ε0为确定的真空介电常数、ε为确定的相对介电常数、S为探针针尖的等效面积。
本领域内的技术人员应明白,本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
显然,本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样,倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内,则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种样品材料的电学性能测量方法,其特征在于,所述方法包括:
在压电陶瓷上施加交变电压,使固定在所述压电陶瓷上的探针在样品材料表面振动;
测量所述探针与所述样品材料之间的目标接触电势差值,并确定所述探针在所述样品材料表面振动产生的感应交流电的目标振幅;
根据所述目标接触电势差值和确定的所述探针的功函数值,确定所述样品材料表面的目标功函数值,根据所述目标振幅、所述目标接触电势差值和预先保存的所述感应交流电的目标振幅确定函数,确定所述样品材料表面的目标电荷密度。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述确定所述探针在所述样品材料表面振动产生的感应交流电的目标振幅包括:
测量频率与所述探针的共振频率相同的目标感应交流电;
将所述目标感应交流电的振幅作为目标振幅。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据所述目标接触电势差值和确定的所述探针的功函数值,确定所述样品材料表面的目标功函数值包括:
根据所述目标接触电势差值和确定的所述探针的功函数值,确定所述探针的功函数值与所述目标接触电势差值的差值,将所述差值确定为所述样品材料表面的目标功函数值。
5.一种样品材料的电学性能测量装置,其特征在于,所述装置包括:
控制模块,用于在压电陶瓷上施加交变电压,使固定在所述压电陶瓷上的探针在样品材料表面振动;
测量模块,用于测量所述探针与所述样品材料之间的目标接触电势差值,并确定所述探针在所述样品材料表面振动产生的感应交流电的目标振幅;
确定模块,用于根据所述目标接触电势差值和确定的所述探针的功函数值,确定所述样品材料表面的目标功函数值,根据所述目标振幅、所述目标接触电势差值和预先保存的所述感应交流电的目标振幅确定函数,确定所述样品材料表面的目标电荷密度。
6.根据权利要求5所述的装置,其特征在于,所述测量模块,具体用于测量频率与所述探针的共振频率相同的目标感应交流电;将所述目标感应交流电的振幅作为目标振幅。
7.根据权利要求5所述的装置,其特征在于,所述确定模块,具体用于根据所述目标接触电势差值和确定的所述探针的功函数值,确定所述探针的功函数值与所述目标接触电势差值的差值,将所述差值确定为所述样品材料表面的目标功函数值。
9.一种电子设备,其特征在于,所述电子设备包括处理器和存储器,所述存储器用于存储程序指令,所述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现如权利要求1-4中任一所述样品材料的电学性能测量方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质,其特征在于,其存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-4中任一所述样品材料的电学性能测量方法的步骤。
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110232018.4A CN113030602B (zh) | 2021-03-02 | 2021-03-02 | 一种样品材料的电学性能测量方法、装置、设备和介质 |
JP2022575465A JP7479520B2 (ja) | 2021-03-02 | 2021-11-25 | サンプル材料の電気的性能の測定方法、装置、設備及び媒体 |
PCT/CN2021/133106 WO2022183787A1 (zh) | 2021-03-02 | 2021-11-25 | 一种样品材料的电学性能测量方法、装置、设备和介质 |
US18/259,680 US20240053394A1 (en) | 2021-03-02 | 2021-11-25 | Method and apparatus for measuring electrical properties of sample material, device and medium |
KR1020227042477A KR20230031821A (ko) | 2021-03-02 | 2021-11-25 | 샘플 재료의 전기적 성능의 측정 방법, 장치, 기기 및 매체 |
EP21928859.4A EP4303596A1 (en) | 2021-03-02 | 2021-11-25 | Method and apparatus for measuring electrical properties of sample material, and device and medium |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110232018.4A CN113030602B (zh) | 2021-03-02 | 2021-03-02 | 一种样品材料的电学性能测量方法、装置、设备和介质 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN113030602A true CN113030602A (zh) | 2021-06-25 |
CN113030602B CN113030602B (zh) | 2022-10-21 |
Family
ID=76465887
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202110232018.4A Active CN113030602B (zh) | 2021-03-02 | 2021-03-02 | 一种样品材料的电学性能测量方法、装置、设备和介质 |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20240053394A1 (zh) |
EP (1) | EP4303596A1 (zh) |
JP (1) | JP7479520B2 (zh) |
KR (1) | KR20230031821A (zh) |
CN (1) | CN113030602B (zh) |
WO (1) | WO2022183787A1 (zh) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022183787A1 (zh) * | 2021-03-02 | 2022-09-09 | 北京纳米能源与系统研究所 | 一种样品材料的电学性能测量方法、装置、设备和介质 |
CN117590100A (zh) * | 2023-11-27 | 2024-02-23 | 兰州理工大学 | 一种基于非接触振动测量的空间电荷测量方法及系统 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20180136252A1 (en) * | 2016-11-14 | 2018-05-17 | Yemaya Candace Bordain | Electrostatic force balance microscopy |
CN109799369A (zh) * | 2019-02-13 | 2019-05-24 | 南昌大学 | 原子力显微镜外接设备多参数原位测量系统及测量方法 |
CN110907663A (zh) * | 2019-12-18 | 2020-03-24 | 哈尔滨工业大学 | 基于t状悬臂梁探针的开尔文探针力显微镜测量方法 |
Family Cites Families (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2613528C3 (de) * | 1976-03-30 | 1979-10-31 | Kernforschungsanlage Juelich Gmbh, 5170 Juelich | Schwingkondensator |
CA2309412A1 (en) * | 2000-05-24 | 2001-11-24 | Michael Thompson | Scanning of biochemical microassays by kelvin microprobe |
US6952952B2 (en) * | 2002-11-01 | 2005-10-11 | Molecular Imaging Corporation | Topography and recognition imaging atomic force microscope and method of operation |
JP2006258536A (ja) | 2005-03-16 | 2006-09-28 | Sharp Corp | 仕事関数測定装置 |
US7603891B2 (en) * | 2006-04-25 | 2009-10-20 | Asylum Research Corporation | Multiple frequency atomic force microscopy |
EP2041546B1 (en) * | 2006-07-14 | 2017-12-27 | SPECS Zurich GmbH | Scanning probe microscope and method for operating the same |
CN101515003B (zh) * | 2008-02-22 | 2011-02-09 | 国家纳米科学中心 | 测量材料表面电荷密度的方法 |
JP5207867B2 (ja) | 2008-07-31 | 2013-06-12 | 株式会社堀場製作所 | 試料評価装置及び試料評価方法 |
JP2016032006A (ja) | 2014-07-28 | 2016-03-07 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 | バンドラインナップ装置及びその測定方法 |
CN106443218B (zh) * | 2016-11-24 | 2019-06-21 | 电子科技大学 | 一种表面电荷测量方法 |
CN107015030B (zh) | 2017-03-24 | 2019-10-01 | 电子科技大学 | 一种表面电势测量方法 |
CN108802431B (zh) * | 2017-05-04 | 2021-04-30 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种具有磁-电信号探测功能的扫描探针显微镜的探测方法 |
CN209745854U (zh) * | 2019-03-12 | 2019-12-06 | 湘潭大学 | 一种电热性能动态检测系统 |
CN113030602B (zh) * | 2021-03-02 | 2022-10-21 | 北京纳米能源与系统研究所 | 一种样品材料的电学性能测量方法、装置、设备和介质 |
-
2021
- 2021-03-02 CN CN202110232018.4A patent/CN113030602B/zh active Active
- 2021-11-25 WO PCT/CN2021/133106 patent/WO2022183787A1/zh active Application Filing
- 2021-11-25 EP EP21928859.4A patent/EP4303596A1/en active Pending
- 2021-11-25 US US18/259,680 patent/US20240053394A1/en active Pending
- 2021-11-25 JP JP2022575465A patent/JP7479520B2/ja active Active
- 2021-11-25 KR KR1020227042477A patent/KR20230031821A/ko unknown
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20180136252A1 (en) * | 2016-11-14 | 2018-05-17 | Yemaya Candace Bordain | Electrostatic force balance microscopy |
CN109799369A (zh) * | 2019-02-13 | 2019-05-24 | 南昌大学 | 原子力显微镜外接设备多参数原位测量系统及测量方法 |
CN110907663A (zh) * | 2019-12-18 | 2020-03-24 | 哈尔滨工业大学 | 基于t状悬臂梁探针的开尔文探针力显微镜测量方法 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
何月等: "绝缘体表面电荷的开尔文探针力显微镜测量方法", 《电子测量技术》 * |
宋博等: "扫描Kelvin探针力显微镜:工作原理及在材料腐蚀研究中的应用", 《材料导报》 * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022183787A1 (zh) * | 2021-03-02 | 2022-09-09 | 北京纳米能源与系统研究所 | 一种样品材料的电学性能测量方法、装置、设备和介质 |
CN117590100A (zh) * | 2023-11-27 | 2024-02-23 | 兰州理工大学 | 一种基于非接触振动测量的空间电荷测量方法及系统 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2022183787A1 (zh) | 2022-09-09 |
JP2023530406A (ja) | 2023-07-18 |
EP4303596A1 (en) | 2024-01-10 |
CN113030602B (zh) | 2022-10-21 |
JP7479520B2 (ja) | 2024-05-08 |
KR20230031821A (ko) | 2023-03-07 |
US20240053394A1 (en) | 2024-02-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN113030602B (zh) | 一种样品材料的电学性能测量方法、装置、设备和介质 | |
US5742172A (en) | Scanning probe microscope and method for obtaining topographic image, surface potential image, and electrostatic capacitance distribution image | |
Schitter et al. | High performance feedback for fast scanning atomic force microscopes | |
US20160118227A1 (en) | System, Method and Apparatus for RF Power Compensation in a Plasma Processing System | |
JPH04184201A (ja) | バリアハイト測定装置 | |
US8872525B2 (en) | System, method and apparatus for detecting DC bias in a plasma processing chamber | |
TWI597475B (zh) | 用於薄膜量測的方法、裝置及電腦程式產品 | |
JPH09211046A (ja) | 非接触電位検出方法とその装置 | |
JP2589420B2 (ja) | 導電膜検査方法およびその装置 | |
JP2009192497A (ja) | 表面電位測定方法および表面電位計 | |
JP4873689B2 (ja) | 表面電位計および表面電位測定方法 | |
JP4024451B2 (ja) | 走査型ケルビンプローブ顕微鏡 | |
Wang et al. | Critical electrode size in measurement of d33 coefficient of films via spatial distribution of piezoelectric displacement | |
CN1455239A (zh) | 一种测定大气环境中金属腐蚀电位的方法和装置 | |
CN107015030A (zh) | 一种表面电势测量方法 | |
JP3084467B2 (ja) | 物性情報測定装置 | |
JP2001304945A (ja) | 高周波数水晶振動子を用いた超微量質量の検出装置及びその校正方法 | |
RU2156983C1 (ru) | Способ измерения изменений поверхностного потенциала | |
Wang et al. | Determination of electrostatic force and its characteristics based on phase difference by amplitude modulation atomic force microscopy | |
JPH08248082A (ja) | 電位分布測定方法および走査型顕微鏡 | |
RU2305280C1 (ru) | Двухпараметровый способ контроля изделий | |
JP3597787B2 (ja) | 磁気記録ヘッド測定装置及び磁気記録ヘッド測定方法 | |
CN109579683B (zh) | 用于原位测量mems微梁的厚度的方法及装置 | |
RU2331043C1 (ru) | Способ бесконтактного измерения профиля контролируемой поверхности в динамических режимах | |
KR20210151427A (ko) | 플라즈마의 전자 온도 연산 방법 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |