材料表征基础 课件 5.6 其他扫描探针电学测试方法_第1页
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§5.6其他扫描探针电学测试方法讲授人：XXX《材料表征基础》战略新兴领域“十四五”规划教材内容提要0102压电力显微镜导电原子力显微镜1.压电力显微镜压电材料：压电材料是一类重要的机电功能材料，具有特殊的晶体结构，其正负电中心不重合，使内部存在某个方向的极化强度P。正压电效应：当它在极化强度方向受到外力产生应变时，极化强度P发生变化，使表面的极化电荷密度发生变化，宏观上表现出压力产生的极化电荷，这种效应称为正压电效应。逆压电效应：如果对压电材料沿极化强度P的方向施加外电场时，会使偶极子长度变化，宏观上体现为材料发生形变，称为逆压电效应。1.压电力显微镜压电系数：

压电力显微镜(PFM)：利用SPM测量压电系数和压电响应性能的方法称为压电力显微镜(PFM)1.压电力显微镜压电力显微镜的测量原理1)将导电探针接触样品表面，对探针施加电压，在样品内部垂直于表面的方向上产生外电场E。2)E使探针产生向上或向下的形变。3)探针的形变可以由AFM的光杠杆测出，从而获得材料的压电系数。

利用PSD的2个相互垂直的方向信号将横向响应与纵向响应区分开，分别读取探测器上水平和竖直方向的电信号，就可分别获得材料的横向和纵向压电响应信息。以纵向压电响应为例，介绍PFM测量原理：2.导电原子力显微镜压电力显微镜是利用接触模式测量绝缘的压电材料或铁电材料。而在半导体等领域，导体材料的导电性空间分布十分重要。用于测量样品表面导电性分布特征的SPM方法叫作导电型原子力显微镜(conductiveatomicforcemicroscope，C-AFM)。它是将导电针尖接触样品表面，同背电极一起对样品表面施加一个直流偏压。同时，在导电探针上串联一个前置电流放大器，用于测量流过针尖的电流。在同样的偏压下，导电性好的位置电流大，导电性差的位置电流小。将针尖以接触模式在恒定电压下扫描样品表面，同时记录每个位置的电流大小，就可获得样品表面导电性的分布情况，如右图所示。除了扫描导电图像，C-AFM的针尖天然就可以充当纳米微电极，方便地与样品构成纳米尺度的异质结，而无需光刻等复杂工艺，获得纳米尺度内的微区伏安特性曲线，从而反推出针尖下局域样品的诸多电子结构

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