TW201602571A - 非接觸式電壓感測器之功函數校準技術 - Google Patents

Abstract

一種用以校準一非接觸式電壓感測器探針尖端之功函數或表面電位的方法以及系統被提供。該方法包含下列步驟：預備一個或多個參考樣本表面以及一參考非接觸式電壓感測器探針尖端以具有穩定的表面電位；量測在該等參考樣本和該參考感測器探針尖端之間的電壓；量測在一非參考樣本表面上的一點以及該參考感測器探針尖端之間的電壓；量測在該非參考樣本表面上的相同點以及一非參考非接觸式電壓感測器探針尖端之間的電壓；以及判定對於該非參考非接觸式電壓感測器之一表面電位修正係數。

Description

非接觸式電壓感測器之功函數校準技術 發明領域

本發明是針對用於材料的功函數和表面電位之量測的方法和系統。尤其是，本發明是針對藉由採用非接觸式電壓感測器之功函數校準而使用一非接觸式電壓感測器以構成精確和可重複表面電位量測之方法和系統。

發明背景

微電子裝置之功能、可靠度以及性能取決於具有已知之性質與符合預定規格之材料和表面之使用。數十億美元以及無數的工時已花費於發展被使用以製造微電子之系統和處理程序。為了使這些處理程序以及產生的材料具特徵化與最佳化，其需要量測多種材料性質。

一導體或半導體材料之一重要特性是其之功函數。該功函數是將一電子自一材料移動至表面上之一非互動點所需的最小能量。此處，吾等將界定功函數以考慮以及包含影響一表面之電位的所有因素，其包含能帶彎曲、介面電荷、以及一介電質膜中或其上之電荷。於此情況中，該功函數係藉由在一導體或半導體材料內部之電子的 費米(Fermi)能階以及在該材料上的一薄膜堆疊中之頂部薄膜表面外的一個點之電位之間的電位差而判定。使用這定義，一表面之功函數隨著表面電位而變化，並且這些詞語將是可替換地使用以指明一表面之相同性質。

表面電位對於表面情況是極為敏感的；並且表面電位量測可以被使用以檢測表面情況中之改變，例如，介電質薄膜之污染或靜電充電。量測以及控制使用於電晶體閘極堆疊之製造中以薄膜之表面電位是尤其重要。這些表面之表面電位影響重要裝置特性，例如，電晶體之臨界電壓。

當感測器和表面電氣地連接時，一種量測一表面電位之常見方法採用一非接觸式電壓感測器以量測形成在感測器探針尖端以及一表面之間的電位差。這電壓是稱為接觸電位差(CPD)，並且其簡單地是在探針尖端和表面之表面電位中之差量。如果探針尖端之表面電位是已知的，則量測表面之表面電位可自所量測的電壓差量而判定，如：V _surf =V _probe +V _CPD (1)

其中V _surf 是量測表面之表面電位，V _probe 是感測器探針尖端之表面電位，並且V _CPD 是所量測的CPD。

非接觸式電壓感測器可採取許多形式。這些包含振動式開爾文(Kelvin)探針尖端以及夢露(Monroe)探針尖端。Kelvin和Monroe探針尖端兩者皆採用置放而接近量測表面之一導電探針尖端。該探針尖端是電氣地連接到該 表面，並且該探針尖端以及該表面形成一電容器。跨越這電容器而形成的電壓是等於在探針尖端和量測表面之間的表面電位之差量。這電壓是前面所提到的接觸電位差。為了量測在該探針尖端和該表面之間的CPD，在探針尖端和表面之間的電容會變化。於一Kevin探針尖端之情況中，該電容藉由振動垂直於表面之探針尖端而變化。於一Monroe探針尖端之此情況中，該電容是藉由振動在該探針尖端和該表面之間的一閘門而變化。當在探針尖端和感測器之間的電容改變時，一電流產生而進入探針尖端。CPD可以藉由變化在探針尖端和表面之間的電容、監控進入探針尖端之電流、以及變化施加至探針尖端或表面之一偏壓而判定。導致沒有電流進入探針尖端之偏壓是等於在探針尖端和表面之間的負值CPD。

在一非接觸電壓感測器上對於一電容器之電荷藉由下列方程式而提供：Q=CV (2)其中Q是探針尖端上之電荷，C是在探針尖端和量測表面之間的電容，並且V是在探針尖端和表面之間的電壓。

進入探針尖端之電流i，是由探針尖端上之電荷所導出並且是藉由下面公式而給予：

電流是兩項之和：C(dV/dt)項和V(dC/dt)項。C(dV/dt)項產生自探針尖端和量測表面之間的電壓中之改變，並且V(dC/dt)項產生自探針尖端和量測表面之間的電 容中之改變。在量測期間，在探針尖端和量測表面之間的CPD和偏壓電壓是假定為常數，因此dV/dt項是等於0。於此情況中，進入探針尖端之電流單獨只是改變探針尖端和表面之間的電容之結果，如下所示： 其中V _CPD 是在探針尖端和量測表面之間的接觸電位差，並且V _Bias 是施加的偏壓電壓。當V _Bias =-V _CPD 時，電壓是0並且進入探針尖端之電流也是0。

一非接觸電壓感測器可以使用以量測在非接觸電壓感測器探針尖端和一表面之間的CPD。為了判定表面電位，必須要了解探針尖端之表面電位。如果探針尖端之表面電位是已知的，則一表面之電位可以藉由量測在探針尖端和表面之間的CPD而判定，並且接著使用方程式1而計算該表面之電位。

在使用一非接觸電壓感測器而達成精確和可重複表面電位量測中的最大挑戰性之一是判定感測器探針尖端之表面電位。判定探針尖端電位之一方法是量測在探針尖端和具有一已知的功函數或表面電位之一些參考表面之間的CPD，並且接著使用方程式1而計算探針尖端表面電位。但是，不易在空氣中產生具有一已知表面電位的一表面。一表面之功函數對於表面情況是極為敏感的。一氣態環境可以與一表面互動並且導致其之功函數，以及因此其之表面電位，隨著時間推移而改變。一表面之功函數可能受到氧化、空氣分子污染物之吸附(例如，水氣)、或其他 化學反應之影響。這些影響可能經過自幾分鐘至幾週或更長的週期範圍而導致一表面電位變化數10或100個毫伏特。

最精確表面電位參考表面之一者藉由一電氣化學半電池而產生。一電氣化學半電池是由一電極和一電解質溶液所構成。該半電池具有藉由包含電極材料、電極之準備、與電極接觸之電解質、以及電解質濃度之許多因素而判定的一特徵電位。在某些情況之下，半電池電位是高度地可重複並且是穩定的。進一步地，與半電池電氣接觸之一稀釋電解質溶液具有等效於半電池電位之一表面電位，因此這電解質溶液之表面提供一穩定且可重複的表面電位參考。該稀釋電解質溶液提供一清潔液體表面，其可以藉由淨空以及以新鮮的溶液而重新充填一貯存槽而產生。但是，液體半電池參考需要週期性地重新充填，因此在一工廠環境中，它們是相對不易於處理以及自動執行。為了這原因，液體半電池參考不是很適合於一工業環境中之頻繁校準。

使用一液體參考表面以頻繁地重新校準一非接觸電壓感測器探針尖端之表面電位的一替代方法，將是不經常地使用一液體參考表面以判定探針尖端之表面電位，並且接著週期性地量測一穩定、固態參考表面以監視與更正探針尖端電位中之任何改變。於此情況中，在非接觸電壓感測器探針尖端之表面電位校準的相同時間，固態參考表面之表面電位可以使用液體半電池參考而不經常地重新 校準。如果固態參考表面是已知地具有一穩定的表面電位，則在使用液體參考的校準之後，在探針尖端和穩定的參考表面之間之所量測的CPD中之任何改變，可以歸因於探針尖端之表面電位中的改變。如果在一些時間點之探針尖端以及一穩定的固態參考表面之電位是已知的，並且自該時間在探針尖端和固態參考表面之間的CPD中之改變也是已知的，則探針尖端之目前表面電位可以計算出。

產生具有穩定的表面電位之一固態參考表面是一不容易之問題。如先前所述，環境係數可以顯著地影響一表面之功函數和電位。一個建議的解決辦法是儲放參考表面於一受控制環境中。該受控制環境可包含各種環境特性(例如，溫度、濕度以及照明)之控制。該受控制環境也可包含完全或部份的真空、或可以藉由特定氣體(例如，氮氣)而淨化。於此情況中，參考表面通常將自該受控制環境移動短的時間週期以量測在參考表面和非接觸電壓感測器探針尖端之間的CPD。儲放參考表面於一受控制環境中可能導致更穩定的功函數，但是其遭受至少兩個缺點。第一缺點是，該參考表面必須自受控制環境移動以供週期性之量測。自該受控制環境移動該參考表面可能誘導參考表面電位中之改變。第二缺點是，如果在探針尖端和參考表面之間的CPD中之一改變受檢測，仍然有一些機會，該改變是由於參考表面電位中之改變而不是由於探針尖端電位中之改變。沒有獨立的方式判定哪個表面已改變。

因此，有一重要的需求，以便可以容易地提供 一有效、可靠的方法和系統以供用於一非接觸式電壓感測器之表面電位校準。

發明概要

本發明中所說明之系統和方法可容易地提供用以進行表面之電氣電位或功函數之精確以及可重複的量測之一非接觸電壓感測器的增強應用。本發明包含用以量測和監控非接觸電壓感測器探針尖端之表面電位的增強能力。其也提供隨著時間推移而獨立地檢測非接觸電壓感測器探針尖端以及各種參考表面之電位中的改變之能力。該能力精確地判定非接觸電壓感測器探針尖端之表面電位而允許使用感測器以量測其他表面之絕對電位。這能力是有用於檢測表面情況之改變，其包含產生自表面污染之改變、表面上介電質薄膜之電荷改變、或可能影響微電子裝置性能之薄膜的功函數改變。

本發明包括一個或多個參考表面以及具有一探針尖端之一參考非接觸電壓感測器，其中該等參考表面以及參考感測器探針尖端係儲存於一控制環境中。本發明之能力也包含自該控制環境移動該參考非接觸電壓感測器探針尖端，以進行不儲存於該控制環境中之非參考表面上的CPD量測，並且接著將該參考感測器探針尖端返回至該控制環境。該等參考表面可以包含液體參考表面以及固態參考表面。液體參考表面可以包含與一電解質溶液電氣接觸之一電氣化學半電池，以至於該電解質溶液之表面電位是 等於該半電池之電位。

參考非接觸電壓感測器被使用以量測在儲存於控制環境中的參考感測器探針尖端和參考表面之間的CPD。這些參考表面之至少一者具有一已知的表面電位。非參考非接觸電壓感測器探針尖端接著被移動至控制環境之外並且被使用以量測在這探針尖端以及一非參考表面之間的CPD。接著在該非參考表面和一非參考非接觸電壓感測器之間的CPD被量測。這些CPD量測被使用以計算相對於該等參考表面之非參考非接觸電壓感測器探針尖端之表面電位。這資訊被使用以計算非參考感測器探針尖端之表面電位和功函數。一旦非參考非接觸電壓感測器探針尖端之表面電位是已知的，則非參考感測器接著可以被使用以量測在非參考感測器探針尖端和其他表面之間的CPD。這些量測可以被使用以計算其他表面之功函數和表面電位。這處理程序可以週期性地重複以量測以及更正非參考非接觸電壓感測器探針尖端之功函數中的任何改變。

控制環境可以採取許多不同的形式。一般的控制環境將包含具有用以保持一個或多個固定環境特性(例如，溫度、濕度、清潔、以及照明)之控制的閉合區。所有這些因素已證實影響表面功函數。該控制環境可也包含藉由特定氣體以淨化環繞參考表面和參考探針尖端區域之能力，或產生環繞參考表面和參考探針尖端之完全或部份真空的能力。氣體可以被選擇以使在環境和參考表面以及參考探針尖端之間的可能化學反應最小化。濾波器可以被 使用以處理控制環境中之氛圍以減低微粒或移除有機或其他污染物。該控制環境可以單獨或組合地包含一個或多個上述之控制。

這發明之重要創新是在一控制環境中包含參考表面和一參考非接觸電壓感測器探針尖端。一參考探針尖端之使用提供二個重要優勢。第一優勢是，實際參考表面不需要為了在它們之上進行CPD量測而自控制環境移動。自控制環境移動參考表面將曝露該等表面至一新的環境。這可能導致表面化學反應或吸附作用，其可能導致該等表面之功函數和表面電位改變。一旦該表面遭到破壞，該表面情況和表面電位可能經過幾分鐘、幾小時或甚至幾天的週期而繼續改變。對於非參考非接觸電壓感測器探針尖端功函數之精確監控，保持參考表面具有穩定的表面電位是關鍵的，這是本發明之其中一目的。當然自控制環境移動參考感測器探針尖端可能導致參考感測器探針尖端之功函數和表面電位改變。但是，這些改變趨向於經過幾分鐘的週期而慢慢地發生。只要參考感測器探針尖端之表面電位在經過控制環境中之參考表面以及控制環境之外的非參考表面上的CPD量測之間的時間上是穩定的，則參考和非參考表面之相對表面電位可精確地判定。在控制環境內部以及在其之外的CPD量測之間的這時間一般是較少於一分鐘。如果參考感測器探針尖端之表面電位在隨後的校準之間慢慢地改變，這將不影響校準精確度，因為非參考電壓感測器探針尖端之表面電位是經常相對至參考表面之穩定 的功函數而被校準。

使用參考非接觸電壓感測器之第二優勢是，其允許CPD在參考感測器探針尖端，以及1)控制環境中的參考表面、與2)非參考非接觸電壓感測器探針尖端之間分別地被判定。如果非參考非接觸電壓感測器探針尖端係使用以直接地量測參考表面之CPD，則CPD數值中之任何改變可能是非參考感測器探針尖端、參考表面、或其二者之表面電位中的改變之結果。沒有方法知道以確定是哪個表面正改變。一參考非接觸電壓感測器之使用允許獨立的CPD量測，其可使用以協助辨識在非參考感測器探針尖端和參考表面之間的CPD中之任何改變的之來源。例如，如果在一參考表面和參考感測器探針尖端之間的CPD經過複數個量測是穩定的，但是在參考感測器探針尖端和非參考感測器探針尖端之間的CPD改變，則該改變可以歸因於非參考感測器探針尖端之表面電位中的一改變。這是最普遍的情況，因為非參考感測器探針尖端是在一非控制環境中操作。如果非參考非接觸電壓感測器探針尖端之表面電位改變，則非參考感測器探針尖端之新表面電位可以基於在具有穩定表面電位之非參考非接觸電壓感測器探針尖端和一參考表面之間的CPD而重新計算。但是，如果在參考感測器探針尖端和一參考表面之間的CPD改變，但是在參考感測器探針尖端和非參考感測器探針尖端之間的CPD是穩定的，這可表明參考表面之表面電位中的一改變，並且將需要使用具有一已知的表面電位之一參考表面(例如，與一 液體電氣化學半電池接觸之一電解質溶液)而重新校準所有的表面電位。

為了保持參考表面在一固定表面電位，必須將它們儲存於一穩定的環境中。這可藉由將它們儲存於具有環境控制的一閉合區中而達成。該閉合區係設計以至於自該閉合區移動參考非接觸電壓感測器探針尖端不干擾該控制環境。例如，該閉合區可包含一小的洞孔，其是僅當參考感測器探針尖端是在該閉合區之外的一非參考表面上進行CPD量測時方打開。同時，該閉合區內部也可以保持在一較高於閉合區外部的壓力，因此該探針尖端可以經過洞孔退出該閉合區而無外部氣體進入該閉合區。當該參考感測器探針尖端自控制環境移動時，這可能導致探針尖端之表面電位改變。但是，此改變傾向於相對較慢地發生，並且對於在量測參考感測器探針尖端和控制環境之外的一非參考表面之間的CPD之前的參考感測器探針尖端之表面電位，將不具有一主要影響。參考感測器探針尖端表面電位中任何隨後的改變將不影響隨後的表面電位校準，因為該非參考電壓感測器探針尖端是經常相對於穩定功函數參考表面的表面電位而校準。

本發明之其他特點和優點將自下面配合附圖說明的較佳實施例說明而成為明顯。

1‧‧‧閉合區

2‧‧‧參考非接觸電壓感測器

3‧‧‧探針尖端

4‧‧‧參考表面

5‧‧‧非參考表面

6‧‧‧非參考非接觸電壓感測器

7‧‧‧非接觸電壓感測器探針尖端

8‧‧‧洞孔

圖1展示控制環境中之參考非接觸電壓感測器探針尖端，其係置放以量測在探針尖端以及三個參考表面的 一表面之間的接觸電位差；圖2展示在控制環境之外的參考非接觸電壓感測器探針尖端，係置放以量測在探針尖端和一非參考表面之間的接觸電位差；圖3展示非參考表面係置放以量測在非參考非接觸電壓感測器探針尖端和非參考表面之間的接觸電位差；圖4展示用以使用具有已知的表面電位之一參考表面而判定非參考非接觸電壓感測器探針尖端之表面電位所需的步驟流程圖；圖5展示用以使用具有已知的表面電位之一參考表面而判定一穩定參考表面的表面電位所需的步驟流程圖；以及圖6展示用以週期性地監視和更正非參考非接觸電壓感測器探針尖端之表面電位中之改變所需的步驟流程圖。

較佳實施例之詳細說明

於本發明之一較佳實施例中，具有已知的及/或穩定的表面電位之一個或多個參考表面4係儲存於具有一控制環境之一閉合區1中。具有一探針尖端3之一參考非接觸電壓感測器2也儲存於該閉合區1中。在閉合區1內部之環境係受控制以使可影響儲存於該閉合區1中之表面3和4的表面電位之變化最小化。環境控制包含受控制之溫度、濕度、照明、環境氣體、以及清潔。在該較佳實施例中， 一系統包含移動在參考非接觸感測器探針尖端3之下的該等參考表面4之各者的能力，因而在參考感測器探針尖端3和該等參考表面4的各者之間的CPD可以被量測。該等參考表面4也可以自參考非接觸電壓感測器探針尖端3之下移出，並且探針尖端3可以移動，因而探針尖端3通過閉合區1中的一洞孔8並且可置放在一非參考表面5上面以量測在探針尖端3和非參考表面5之間的CPD。在該較佳實施例中，在閉合區1中之洞孔8是打開的，因而探針尖端3可移出閉合區1之外並且接著在探針尖端3移動返回進入閉合區1之後而關閉。

閉合區1中之參考表面4包含液體和固態參考表面的任一者或其兩者。在一較佳實施例中，該等參考表面4包含與一電解質溶液接觸之一電氣化學半電池液體參考者。該電解質溶液具有等於穩定且已知的半電池電位之一表面電位。具有已知的表面電位之這電解質表面係使用以校準非接觸電壓感測器探針尖端3和7以及固態參考表面之表面電位。使用液體參考之表面電位校準不經常進行，例如，每隔幾週或幾個月，或如需要時方進行。該系統也包含具有相對穩定的表面電位之一個或多個固態參考表面，其係使用於非參考感測器探針尖端7表面電位之頻繁的監控和校準。固態參考表面可以使用以每隔幾分鐘、幾小時、或幾天，或當需要時以重新校準非參考探針尖端7之表面電位。

在使用非參考非接觸電壓感測器量測一表面的 表面電位之前，一系統首先進行一啟始化步驟以判定參考表面4之各者以及非參考非接觸電壓感測器探針尖端7的表面電位。這需要具有已知的表面電位之一參考表面。在這較佳實施例中，這表面電位參考是與一電氣化學半電池接觸的一液體電解質溶液。一電氣化學半電池包含一電極以及電解質組合。在控制情況之下，藉由該半電池所產生的電位是穩定且是可重複的。與該半電池電氣接觸之一電解質溶液具有等於該半電池電位的一表面電位。這電解質溶液提供具有一可重複以及已知的電氣電位之一表面。該液體半電池參考表面需要一些準備以確保該電池是無污染以及具有正確數量的液體溶液。一旦該液體半電池參考已備妥，在參考感測器探針尖端3和這液體參考表面之間的CPD被量測。參考感測器探針尖端3接著移動經過閉合區中的一洞孔8並且係置放在一非參考表面5上面。在參考感測器探針尖端3和非參考表面5之間的CPD被量測。參考感測器探針尖端3接著移動返回進入該閉合區1並且洞孔8關閉。非參考表面5接著置放在非參考感測器探針尖端7之下並且在非參考表面5和非參考探針尖端7之間的CPD被量測。CPD量測接著被使用以計算相對於具有已知的表面電位之參考表面的非參考非接觸電壓感測器探針尖端7之表面電位。這資訊接著被使用以計算非參考感測器探針尖端之表面電位。在參考感測器探針尖端3以及其他工作之參考表面4之各者之間的CPD也被量測。在這較佳實施例中，該等其他參考表面4是具有相對地穩定的表面電位之 固態導體或半導體材料。該等CPD量測被使用以計算這些參考表面4之各者的表面電位。

一旦啟始化步驟完成，則非參考非接觸電壓感測器探針尖端7和參考表面4之各者的表面電位是已知的。非參考非接觸電壓感測器6接著可以被使用以量測在非參考感測器探針尖端和其他表面之間的CPD。因為非參考感測器探針尖端之表面電位是已知的，這資訊可以使用以計算量測表面的表面電位。

在啟始化之後，這方法和系統可以被使用，以使用儲存於控制環境1中之一個或多個穩定的參考表面4而進行非參考非接觸電壓感測器探針尖端7之表面電位的週期性重新校準。只要所使用的參考表面之表面電位是穩定的，則不是必須得使用具有需要準備之已知的表面電位之液體參考表面或任何其他參考表面。

在這較佳實施例中，非參考非接觸電壓感測器探針尖端7之表面電位可如下所述地重新校準。首先，將參考感測器探針尖端3置放在一穩定的參考表面4上面並且在參考感測器探針尖端3和參考表面4之間的CPD被量測。參考感測器探針尖端3接著移動經過閉合區1中之一洞孔8並且置放在一非參考表面5上面。在參考感測器探針尖端3和非參考表面5之間的CPD被量測。參考感測器探針尖端3接著移動返回進入該閉合區1並且該洞孔8關閉。非參考表面5接著置放在非參考感測器探針尖端7之下並且在非參考表面5和非參考感測器探針尖端7之間的CPD被量測。這些 CPD量測被使用以計算在非參考感測器探針尖端7和參考表面4之間的CPD。這CPD比較至先前所計算的CPD。CPD中之改變被使用以計算對於非參考非接觸電壓感測器探針尖端7之一新的表面電位。

在這較佳實施例中，每次一重新校準進行時，在參考感測器探針尖端3和參考表面4之間的CPD中之改變被計算。在參考感測器探針尖端3和參考表面4之間的CPD中之改變比較至在參考感測器探針尖端3和非參考感測器探針尖端7之間的CPD中之改變。如果在參考感測器探針尖端3和參考表面4之間的CPD中之改變是較大於在參考感測器探針尖端3和非參考感測器探針尖端7之間的表面電位中之改變，則該參考感測器探針尖端3、該等參考表面4、以及該非參考感測器探針尖端7之表面電位都將使用具有已知的表面電位之液體電氣化學半電池參考表面或一些其他參考表面而重新校準。

本發明實施例之先前說明已被呈現作為例示和說明之目的。其不欲是詳盡地或限制本發明於所揭示之精確形式，並且根據上面教示可以有修改和變化或可以自本發明之實踐而取得。實施例被選擇以及被說明以便說明本發明之原理以及其之實際應用，以使得一熟習本技術者能夠使用本發明於各種實施例中，並且可藉由各種修改，作為適合於所欲之特定使用。

1‧‧‧閉合區

2‧‧‧參考非接觸電壓感測器

3‧‧‧探針尖端

4‧‧‧參考表面

5‧‧‧非參考表面

6‧‧‧非參考非接觸電壓感測器

7‧‧‧非接觸電壓感測器探針尖端

Claims (11)

1. 一種用以校準一非接觸式電壓感測器探針尖端之功函數或表面電位的方法，該方法包括下列步驟：預備一個或多個參考樣本以及一參考非接觸式電壓感測器探針尖端以具有穩定的表面電位；建立環繞著該等參考樣本以及該參考感測器探針尖端之一控制環境；量測在該等參考樣本和該參考感測器探針尖端之間的電壓；自該控制環境移動該參考感測器探針尖端；使用該參考非接觸式電壓感測器量測在該參考感測器探針尖端以及在一非參考樣本表面上之一選擇點之間的電壓；於該量測步驟之後，將該參考感測器探針尖端返回至該控制環境；使用一非參考非接觸式電壓感測器，再次量測在該非參考樣本表面上之相同點，並且自該等量測電壓而判定對於該非參考非接觸式電壓感測器探針尖端之表面電位或功函數。
2. 如請求項1之方法，其中判定該非參考非接觸式電壓感測器探針尖端之表面電位或功函數的該步驟包括：判定在該等參考樣本以及該非參考非接觸式電壓感測器探針尖端之間的電壓。
3. 如請求項2之方法，其中判定該表面電位或功函數的該步驟包括：判定在1)一非參考非接觸式電壓感測器的一尖端與該等參考樣本之間所判定的電壓以及2)在該非參考非接觸式電壓感測器的尖端與該等參考樣本之間先前所判定的電壓之間的差量。
4. 如請求項1之方法，其中判定該功函數或表面電位的該步驟包括：自該等參考樣本的已知功函數或表面電位以及在該等參考樣本與該非參考非接觸式電壓感測器的尖端之間所判定的電壓而計算該非參考非接觸式電壓感測器之尖端的表面電位。
5. 如請求項1之方法，其中控制環繞該等參考樣本以及該參考非接觸式電壓感測器探針尖端之環境的該步驟包括：暴露儲存該等參考樣本和探針尖端的一隔離容室至至少一環境參數。
6. 如請求項1之方法，其中控制環繞該等參考樣本以及參考感測器探針尖端之環境的該步驟包括：儲存該等參考樣本於一隔離區域中。
7. 如請求項1之方法，其中控制環繞該等參考樣本以及參考感測器探針尖端之環境的該步驟包括：藉由一惰性氣體而淨化環繞該等參考樣本以及參考探針尖端之一區域。
8. 如請求項1之方法，其中控制該環繞該等參考樣本以及參考感測器探針尖端之環境的該步驟包括：控制該等參考樣本以及參考探針尖端之照明。
9. 如請求項1之方法，其中控制環繞該等參考樣本以及該參考感測器探針尖端之環境的該步驟包括：誘導對於該等參考樣本以及該參考感測器探針尖端之一真空。
10. 如請求項1之方法，其中控制環繞該等參考樣本以及參考感測器探針尖端之環境的該步驟包括維持該控制環境在一固定溫度和濕度。
11. 如請求項1之方法，其中該等參考樣本之至少一者是與一電氣化學半電池電氣接觸之一電解質溶液的一液體表面。