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单点开尔文探针

开尔文探针系统可以高精度、高准确度地精确测量不同半导体和导电材料的功函数

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描述

许多材料的特性取决于其表面。其中最重要的表面特性之一就是功函数。

开尔文探针系统可以高精度、高准确度地精确测量不同半导体和导电材料的功函数。

非接触式测量涉及振荡电容器,其中一个电极是试样,另一个是由金网格制成的振荡参比电极。因此,测量值以金的功函数(5.1 eV)为基准。在足够长的积分时间内,测量分辨率可达 0.1 meV。开尔文探针系统可用于各种表面研究,包括腐蚀、吸附/解吸、表面充电、催化活性等。

为方便起见,探头配备了激光指示器和数码显微镜。电动垂直定位系统可使参比电极与试样表面保持相同距离(精度为 10 微米)。可选配 X-Y 定位系统。该系统还配备了宽带光导,可与数字控制单色仪和高压氙弧灯连接。波长范围从 300 纳米到 1000 纳米,可用于连续或脉冲样品照明。这种配置可用于测量表面的功函数和电荷、表面光电电压光谱和其他光物理技术,光电电压分辨率优于 5 mV(积分时间长时为 0.1 mV)。整个系统安装在接地的法拉第笼中,以减少电噪声和杂散光的影响。这种表面光电电压光谱仪是研究光催化剂、有机和无机半导体、太阳能电池及其他光活性材料和器件的重要工具。借助这种开尔文探针/表面光电压光谱仪,还可以实时监测半导体的光腐蚀、光吸附和光催化反应。

 

开尔文探头模块

该仪器由安装在坚固支架上的振荡金探针、Z 轴电动平台、电子控制单元和法拉第笼组成。

 

  • 样品放置在手动或电动 XY 平台上,两个方向的移动范围均为 1.5 厘米。
  • 探头连接到 Z 平台上,Z 平台可将探头放置在与样品的理想距离上。
  • 红色激光指示器可显示探头在测量过程中摆动的位置。
  • 一旦系统被法拉第笼覆盖,USB 显微镜和白色发光二极管就会发挥作用。
  • 光通过液体波导或光纤传送到样品,因此消除了光源可能产生的电磁干扰。
  • 在空载运行或存放期间,易碎的金探针会被固定在一个受保护的空间内,以防止意外损坏。
  • 系统还配备了自动样品高度传感器。

 

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探头尖端

探头尖端是完全由 Instytut Fotonowy 设计和制造的组件,它提供:

 

  • 即使距离样品上方 0.5 毫米,也能发出较大信号。 因此,样品表面是粗糙的还是抛光的并不重要。
  • 让光线透过的透明度。 这样样品就可以被垂直光束照亮。

尖端振荡由电磁铁产生。

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法拉第牢笼

整个探头被法拉第笼覆盖,使其免受环境影响。

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规格

由于仪器的不断发展,以下参数可能会发生变化

Voltage range-5 V .. 5 V
Voltage measurement nominal resolution0.15 mV
Measurement technology2-channel lock-in amplifier
Sample holdertranslation stage X-Y, manual (default) or motorized
X-Y stage stroke15 mm x 15 mm
Tip typeAu mesh, dia. 2.5 mm
Tip Z positioningmotorized Z stage
Positioning with respect to a samplelight barrier
Tip Z positioning resolution10 µm
Spectral range for wave guides200 nm .. 2000 nm (depending on a waveguide)
Liquid waveguides selection (Lumatec)Wybór światłowodów Lumatec
Auxiliary sensorshumidity and temperature
Internal Faraday cage illuminationwhite LED
X-Y positioning aidlaser sample placement indicator
PC connectivityUSB 2.0
Size40 x 40 x 45 cm
Weight15 kg

 

示范性结果

 

以下结果来自 Radecka 教授小组(波兰克拉科夫 AGH)。

抗蚀剂样品的表面光电压谱。光电压是根据脉冲照明与金栅参比电极的表面电位变化来测量的。

由于测量是在环境空气中进行的,因此仪器会记录空气湿度和温度。这两个参数可能会影响样品的功函数。

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