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開爾文探針提供了一種無損,、無觸點的方法來測量各種材料組合的功函數(shù)差,。這些探針可具有多種設計,，包括不同的頂端形狀,、長度和半徑,。為了確定最佳設計,，同時最大限度地減少測試,。
開爾文探針可以確定材料的接觸電勢差(或功函數(shù)差),。這種探針基于時變電容器,，使用兩個電極工作：
由功函數(shù)已知的材料制成的可移動探針。
由功函數(shù)未知的材料制成的固定樣品,。
當這些電極電連接時,，費米能級達到平衡。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,，這種流動產(chǎn)生接觸電勢差,，為電容器充電。此外,，可移動電極中的振動改變存儲在電容器內(nèi)部的電能,，并產(chǎn)生流動的電流。通過測量這個電流,，我們可以確定功函數(shù)差,。也可以通過施加外部偏置電壓來建立補償操作并使電流為零。這種方法導致偏置電壓等于兩種電極材料之間的功函數(shù)差,。
開爾文探針不僅具有多種應用,，還具有多種設計。比如說,，可移動電極可設計為多種形狀,，例如圓形板和窄頂端。圓形板設計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,，無需復雜的電補償方案即可測量的電流。當探針頂端較窄時,，它可以掃描一個區(qū)域并產(chǎn)生橫向分辨率。此選項需要電補償電路,，這是因為電容變化和產(chǎn)生的電流很小,。
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