Электросиловая зондовая микроскопия

Как и атомно-силовая, электросиловая микроскопия имеет множество раз-

новидностей, но все они используют локализованное электрическое поле между

кончиком зонда и образцом. С этой целью на зонд наносят проводящее покры-

тие и подают относительно образца напряжение смещения, имеющее постоян-

ную и осциллирующую компоненты (UQ и wmsinco/ соответственно, здесь и0 - по-

стоянное напряжение смещения; ит - амплитуда гармонической составляющей с

частотой со).

Вследствие того что зонд и исследуемая поверхность образуют конденсатор

емкостью С, в его зазоре концентрируется электрическое поле с энергией

W = Си2 /2,

где и = UQ + um sincoo t - (р(х, у); (р(х, у) - потенциал, индуцированный на поверх-

ности заряженным зондом.

Как известно из электростатики, сила в поле может быть выражена через

энергию следующим образом:

а ее z-компоненту можно записать через емкость как

z dW _ и2 дС ~ ~ ~ ~ ~ ~ '

Сила, действующая на кантилевер на частоте соо,

\дС

(<о) = -{["о - Ф<Х У)}ит sin co0/}—,

OZ

а на частоте 2со0

Fz(2co) = -и* cos(2co00

дС

dz

Детектирование сигнала на частоте со дает возможность получить распре-

деление поверхностного потенциала cp(x, у), что обычно обозначается как метод

Кельвина. В нем постоянное напряжение и0 подбирают в каждой точке скани-

рования таким образом, чтобы амплитуда колебаний кантилевера на частоте соо

становилась равной нулю. Такая ситуация реализуется при равенстве и0 и по-

тенциала в данной точке поверхности ер(;с, у). Величина и0 (х, у) принимается

далее за распределение потенциала по поверхности.

Измерение амплитуды колебаний кантилевера на двойной частоте осцилля-

ции зонда позволяет находить распределение емкости по поверхности образца и

определять локальные диэлектрические характеристики материала (емкостная