[发明专利]一种基于静电力显微镜的宽频电学检测方法、系统和可读介质

说明书

本发明涉及一种基于静电力显微镜的宽频电学检测方法、系统和可读介质，包括以下步骤：S1通过静电力显微镜获得待测样品的形貌，并根据形貌确定待测区域；S2将静电力显微镜的探针移动到待测区域，向探针施加第一电压和第二电压的差频电压；S3获取差频电压下探针和待测区域之间的静电力变化，根据静电力变化结合第一电压和第二电压，计算待测区域电容的空间分布信息；S4根据待测区域电容的空间分布信息计算待测区域的电学性能。其通过测量和分析EFM的针尖与样品间的静电力中的差频信号，能够快速准确的获得样品在宽频静电场中的局域电学信息。

技术领域

本发明涉及一种基于静电力显微镜的宽频电学检测方法、系统和可读介质，属于静电力显微镜技术领域。

背景技术

静电力显微术(EFM)，在原子力显微镜(AFM)的基础上，利用导电探针来进行测量，在探针与样品之间施加电压调制，通过测量静电力对探针振幅或者相位的影响，来测量各种电学相关的性质。

目前已有的静电力显微镜主要包括电压调制的静电力显微镜(voltagemodulated EFM，VM-EFM)，开尔文显微镜(scanning Kelvin probe microcopy，SKPM)，高次谐振的静电力显微镜(multi harmonic EFM，MH-EFM)等。图1为高次谐振静电力的原理示意图，该技术采用两次扫描模式(Dual Pass mode，也被称作Lift Mode)。在第一次扫描中，其工作模式与AFM中的轻敲模式(tapping mode)相同，获取样品的形貌特征；在第二次扫描中，将探针离开样品表面一定的高度，通常为50nm，在探针与样品之间施加电压，获取探针与样品间的相互作用力主要为长程力静电力，通过静电力的二倍频信号反映dC/dz的空间分布信息，此时C是电容，z是表示垂直方向，即直角坐标系中的z坐标轴，根据dC/dz的空间分布信息可以获取样品的介电性能。通过静电力的三倍频信号可以计算出样品中载流子类型和载流子浓度。

虽然静电力显微镜已经广泛用于样品的电学性能检测，但是由于样品的电学性质依赖于探测时的激励电压的频率。通常情况下，使用低频电场激励样品，EFM的针尖与样品之间的电容介电层的充放电能跟上激励电压的频率变化，但在高频电场激励样品时，EFM的针尖与样品之间的电容介电层的充放电跟不上激励电压的频率变化，因此，对于频率在几百kHz到几十GHz的电场下的样品的电学性质就很难用现有的EFM 进行检测。而高频下的样品局域电学性质测量在宽频信号传输与处理等领域具有重要的应用价值，因此，如何可以快速准确的获得样品在高频电场下的电学性质是本领域中亟待解决的技术问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供了一种基于静电力显微镜的宽频电学检测方法、系统和可读介质，其通过测量和分析EFM的针尖与样品间的静电力中的差频信号，能够快速准确的获得样品在宽频静电场中的局域电学信息。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于静电力显微镜的宽频电学检测方法，包括以下步骤：S1通过静电力显微镜获得待测样品的形貌，并根据形貌确定待测区域；S2将静电力显微镜的探针移动到待测区域，向探针施加第一电压和第二电压的差频电压；S3获取差频电压下探针和待测区域之间的静电力变化，根据静电力变化结合第一电压和第二电压，计算待测区域电容的空间分布信息；S4根据待测区域电容的空间分布信息计算待测区域的电学性能。

进一步，步骤S2中，施加在探针上的电压信号的公式为：

V(ω₁，ω₂)＝V₁cosω₁t-V₁cosω₂t

其中，V(ω₁，ω₂)为总的电压信号，V₁为第一电压和第二电压的幅值，t是时间，ω₁和ω₂分别是第一电压和第二电压的角频率。