開(kāi)爾文探針提供了一種無(wú)損,、無(wú)觸點(diǎn)的方法來(lái)測(cè)量各種材料組合的功函數(shù)差,。這些探針可具有多種設(shè)計(jì)，包括不同的頂端形狀,、長(zhǎng)度和半徑,。為了確定最佳設(shè)計(jì)，同時(shí)最大限度地減少測(cè)試,。
開(kāi)爾文探針可以確定材料的接觸電勢(shì)差(或功函數(shù)差),。這種探針基于時(shí)變電容器，使用兩個(gè)電極工作：
由功函數(shù)已知的材料制成的可移動(dòng)探針,。
由功函數(shù)未知的材料制成的固定樣品,。
當(dāng)這些電極電連接時(shí)，費(fèi)米能級(jí)達(dá)到平衡,。功函數(shù)較低的材料中的電子流入功函數(shù)較高的材料中,，這種流動(dòng)產(chǎn)生接觸電勢(shì)差，為電容器充電,。此外,，可移動(dòng)電極中的振動(dòng)改變存儲(chǔ)在電容器內(nèi)部的電能，并產(chǎn)生流動(dòng)的電流,。通過(guò)測(cè)量這個(gè)電流,，我們可以確定功函數(shù)差。也可以通過(guò)施加外部偏置電壓來(lái)建立補(bǔ)償操作并使電流為零,。這種方法導(dǎo)致偏置電壓等于兩種電極材料之間的功函數(shù)差,。
開(kāi)爾文探針不僅具有多種應(yīng)用，還具有多種設(shè)計(jì),。比如說(shuō),，可移動(dòng)電極可設(shè)計(jì)為多種形狀，例如圓形板和窄頂端,。圓形板設(shè)計(jì)使得探針能夠形成平行板電容器,。這種電容器產(chǎn)生很大的電容變化，無(wú)需復(fù)雜的電補(bǔ)償方案即可測(cè)量的電流,。當(dāng)探針頂端較窄時(shí),，它可以?huà)呙枰粋€(gè)區(qū)域并產(chǎn)生橫向分辨率。此選項(xiàng)需要電補(bǔ)償電路,，這是因?yàn)殡娙葑兓彤a(chǎn)生的電流很小,。
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