Sonda Kelvina służy do pomiaru pracy wyjścia elektronu z powierzchni próbki półprzewodnika.
Parametr ten jest szczególnie ważny w fizyce półprzewodników, bo pozwala oszacować pozycję poziomu Fermiego badanego materiału.
Sonda Kelvina wyposażona w źródło światła pozwala na badanie stanów powierzchniowych próbek. Na przykład, w fotoelektrochemii czy w materiałach fotowoltaicznych stany powierzchniowe odgrywają ważną rolę w transferze ładunków.
Urządzenie składa się z sondy na statywie, elektroniki sterującej i klatki Faradaya.
- Próbka jest umieszczana na stoliku XY, który ma możliwość ręcznego lub zmotoryzowanego przesuwu o 1.5 cm w obu kierunkach.
- Przy każdym dojeździe sondy do próbki mierzona jest rzeczywista odległość pomiędzy próbką a sondą, z dokładnością do 50 µm.
- Sonda ma wskaźnik miejsca, w którym się znajdzie, po opuszczeniu na próbkę, co ułatwia jej pozycjonowanie.
- Częścią urządzenia jest mikroskop USB skierowany na próbkę oraz zewnętrzna lampka.
- Nad sondą znajduje się uchwyt światłowodowy – światłowód służy do oświetlania próbki światłem z monochromatora.
- Podczas manipulacji przy próbce sonda jest chowana pod metalową osłoną, co zapobiega jej przypadkowemu uszkodzeniu.
kliknij obrazek, aby powiększyć
Końcówka sondy
Końcówka sondy to element próbkujący zaprojektowany i wykonany przez Instytut Fotonowy Sp. z o.o.
kliknij obrazek, aby powiększyć
Klatka Faradaya
Na całą sondę Kelvina jest zakładana klatka Faradaya ekranująca ją od otoczenia. Na klatce zamontowano gniazdo uziemiające.
kliknij obrazek, aby powiększyć
Poniższa specyfikacja sondy Kelvina może ulec zmianom w miarę rozwoju urządzenia.
| Zakres napięć | -5 V .. 5 V |
| Rozdzielczość nominalna pomiaru napięć | 0.15 mV |
| Technika pomiaru | 2-kanałowy wzmacniacz fazoczuły |
| Uchwyt próbek | stolik przesuwny X-Y (manualny lub zmotoryzowany) |
| Zakres ruchu stolika | 15 mm x 15 mm |
| Typ sondy | siatka Au, śr. 2.5 mm |
| Dojazd sondy | stolik przesuwny Z, zmotoryzowany |
| Sposób pozycjonowania względem próbki | bariera świetlna |
| Rozdzielczość pozycjonowania sondy | 10 µm |
| Zakres spektralny | 200 nm .. 2000 nm (zależnie od wybranego światłowodu) |
| Wybór światłowodów (Lumatec) |  |
| Dodatkowe czujniki | wilgotności i temperatury |
| Oświetlenie wewnątrz klatki | biały LED |
| Pozycjonowanie X-Y | wskaźnik laserowy |
| Komunikacja z komputerem | USB 2.0 |
| Rozmiar | 40 x 40 x 45 cm |
| Waga | 15 kg |
Poniższy rezultat pochodzi z grupy prof. Radeckiej z AGH w Krakowie.
Obrazek przedstawia fotonapięcie powierzchniowego dla anatazu. Fotnapięcie jest mierzone jako zmiana napięcia powierzchniowego pod wpływem pulsującego oświetlenia względem złotej elektrody referencyjnej.
Pomiar jest wykonywany w atmosferze, której wilgotność (niebieska linia) i temperatura (żółta linia) mogą wpływać na wartości pracy wyjścia. Obydwie te wielkości są rejestrowane w czasie pomiaru przez urządzenie.
kliknij obrazek, aby powiększyć
