AFM模式

开关光谱学压电响应力显微镜

具有最高灵敏度和精度的铁电滞回线定量测量

基于SS-PFM模式的下一代铁电材料研究bob综合游戏

开关光谱学压电响应力显微镜(SS-PFM)模式能够高度精确地表征铁电材料的性质,bob综合游戏扩展了标准的压电响应力显微镜(PFM),极大地提高了测量的灵敏度和准确性.这种模式:

  • 显著降低了影响传统PFM模式测量信号的静电伪影,同时实现了相对较高的灵敏度。
  • 提供铁电关键参数的高光谱图,揭示了样品的XY非均匀性及其与其他性质的相关性信息,其细节水平是无法达到的。
  • 能够量化铁电迟滞环的关键参数,并在仪器、实验室和探针之间比较材料性能。

SS-PFM单独使用或与其他AFM操作模式联合使用,为材料微观结构/极化开关关系提供了新的见解。

具有正电致伸缩常数(如PZT)样品的PFM响应。如果畴的极化与增大的电场平行,则样品膨胀。
具有正电致伸缩常数样品的典型顺时针铁电滞回线。关键参数包括矫形偏差(V0)、成核偏差(Vc)、饱和响应(Rs)和残余响应(R0)。每一个都有正负两个版本(即V0+)。

达到更高的灵敏度,最终低信号性能

PFM中的信号电平通常很小,具有典型的幅度<10μm/ v。这是AFM可以检测到的限制。为了解决这个问题,通常采取两种方法之一:

  1. 增加交流刺激电压,这会增加PFM信号,或者
  2. 机械放大小的PFM信号使用悬臂的接触共振。

对于许多样品,任意增加交流刺激电压是不实际的方法。如果超过强制偏差,样本域将翻转(poll);测得的振幅不准确。这对于薄膜来说尤其如此,因为薄膜的矫顽力偏置往往较低。

在扫频期间测量的悬臂幅值(上)和相位(下)。近接触谐振时,振幅明显大于非谐振时,相位噪声明显小于非谐振时。

为了表征无畴翻转的低响应铁电体,SS-PFM:

  • 通过在悬臂梁接触谐振频率附近施加交流电压并测量响应来提高信噪比。
  • 提供共振的振幅(A)和质量因子(Q)的精确测量,以实现响应(A/Q)的量化。
  • 通过使用频率扫描和锁定放大器测量响应,实现更精确的A、Q和相位测量,允许更长的积分时间,最终实现低信号性能。

执行精确的迟滞环测量

消除工件

标准的PFM允许以纳米尺度分辨率测量铁电行为,但测量信号可能受到悬臂梁上的静电力以及铁电响应的影响。这可能会导致迟滞回线量化的错误,甚至会误将有色金属材料识别为铁电材料。bob综合游戏

SS-PFM模式提供了:

  • 场外和场内循环,用SS-PFM脚本光谱学分离读和写测量。
  • 通过在不同的读电压和写电压下获取数据,进一步缓解静电伪影。
  • 具有明确的相位和正确的迟滞回线方向(电致伸缩系数表征符号)DCUBE-CR-PFM
上图:悬臂和样品之间的静电力通过影响PFM响应产生伪迹。下:使用一个开关波形,称为SS-PFM探测波形,它包含多个不同的读取电压,可以补偿静电伪影。

地图铁电参数

通过收集和分析一组SS-PFM光谱,可以生成关键的压电参数图,以纳米级分辨率显示XY平面铁电特性的变化。

SS-PFM交付:

  • 高灵敏度和可重复点测量的关键铁电参数从滞后环。
  • 通过对脚本数据的高光谱分析,更简单的成像模式无法获得定量信息。
  • 铁电材料的性质图,它可以与从其他图(压电图、化学图等)得到的性质相关联。
顺时针,从上:迟滞环PZT显示关键参数;Vc+在10x10矩阵的点上收集光谱创建的映射;V0+的地图,显示以前投票的区域。

避免重复结果的联系方式

标准的PFM在接触模式下工作,这不适用于在扫描过程中AFM针尖在样品表面拖动时容易损坏或位移的样品。软探头可以部分缓解这个问题,但在PFM测量中更容易产生静电伪影。

力量的独特的DCUBE-PFM模式, SS-PFM避免在表面上拖动尖端。这消除了有害的横向力量,困扰传统接触模式的方法。当结合PeakForce攻和MIROView进行预扫描和导航,完全避免接触模式。

SS-PFM模式支持:

  • 对聚合物、纤维和纳米颗粒等精细样品进行低影响扫描。
  • 提高尖端寿命时,工作与硬样品。
  • 更一致的PFM图像,而不影响信号测量精度。
顺时针从左:MIROView画布与SS-PFM RampScript阵列PFM图像;聚合物薄片的DCUBE-PFM图像;在接触模式下使用后磨损的尖端。

易于使用和灵活的实验设计和分析

利用先进的软件和分析进行创新

布鲁克的先进的,易于使用的软件和分析工具提供了研究人员需要的灵活性。

  • 我们易于使用的脚本生成器可以从七个关键参数创建切换波形脚本。高级用户还可以在XML中创建唯一的脚本。
  • 基于python的开源分析代码使研究人员能够准确了解分析是如何工作的,并开发分析SS-PFM数据的创新方法。
  • 对于开发自己的电子学的研究人员来说,信号访问模块(SAM 6)允许硬件访问原始信号,也可以为具有较大强制偏差的样品提供高电压。
顺时针从左上角:易于使用的脚本生成器;面向分析代码;信号接入模块6;脚本编辑器。

与新的NanoScope 6控制器无缝集成

pfm型实验对背景和串扰影响特别敏感。与新的NanoScope 6控制器的集成减少了这些影响,通过优化的锁定放大器和信号路由提供最高性能的背景和串扰。

这有利于许多AFM操作模式,但它为pfm类型模式(如SS-PFM)提供了独特的优势,包括:

  • 由于改进的信号噪声分析更简单。
  • 干净、准确测量;即使是高频的低电平信号。
NanoScope 6控制器显示