[发明专利]非导电探针检测铁电材料微区极性分布的方法

摘要

非导电探针检测铁电材料微区极化特性分布的方法，属于材料分析与表征技术领域。包括：准备；聚焦；调光；进针；形貌预扫描，根据形貌预扫描确定是否更换探针；确定检测电场的电压和频率；精确扫描；退针，数据处理和像输出等步骤。其实质是采用非导电探针，将通常施加在样品上的交流检测电场改为施加在样品下电极和探针悬臂之间，通过加大该电场来保证实际加在样品上的有效电场；并基于同样的逆压电效应，利用扫描力显微镜现有的数据探测、数据分析和处理手段来检测压电材料的微区极性分布情况。本发明由于采用的是成本更低的非导电探针，可以节约检测成本；并与通常的测试平台相兼容，操作简单方便。

主权项

1、非导电探针检测铁电材料微区极化特性分布的方法，包括如下顺序步骤：1)准备启动仪器和操作软件，将样品置于样品台上，将探针装入针架，然后在仪器上固定好针架和光电探测器的激光头；2)聚焦打开电荷偶合成像器件和光学显微镜，用光学显微镜定位探针；3)调光打开四象限光电探测器，将激光器的光斑打在探针悬臂上，通过调节激光斑在悬臂上的位置，使探测器的信号输出强度达到仪器工作的要求；4)进针利用步进电机驱动扫描管，使探针的针尖与样品的表面接触；5)形貌预扫描，根据形貌预扫描确定是否更换探针设定扫描区域扫描频率，对材料进行预扫描，调节力参数，扫描管的增益系数和检测回路的放大增益系数，使形貌像的自左向右和自右向左的探针运动轨迹的形状相同并重合；根据形貌像的成像质量，判断所获得图像的信息是否准确，并由此决定是否更换探针，如果形貌像的成像质量好，能够保证自左向右和自右向左的探针运动轨迹的形状相同并重合，那么探针就可以满足检测的需要，进入步骤6)；如果探针的两条运动轨迹的形状差别太大，调节以上各项参数也难以得到准确形貌像，则说明针尖磨损已影响成像质量，直接更换探针后回到步骤2)；6)确定检测电场的电压和频率形貌像的预扫描完成后，通过观察极性像中不同极化方向对应的振幅大小和信噪比，调节检测电场的频率和电压值，使信噪比增大，极性像的输出值的大小和符号能够正确反映出不同极化取向的差别；7)精确扫描结束参数设定和预扫描，开始进行精确扫描，由四象限光电探测器测得每一扫瞄点垂直方向和水平方向的厚度变化(Δdz，Δdx)，锁相放大器测得每一扫瞄点垂直方向和水平方向的振动幅度(pzω，pxω)以及每一扫瞄点的压电响应信号的相位ψ；8)退针，数据处理和像输出精确扫描完成后，保存数据，将针退离样品表面；根据所有扫瞄点垂直方向和水平方向的厚度变化(Δdz，Δdx)数据经仪器自动分析和处理后输出样品的形貌像，根据所有扫瞄点垂直方向和水平方向的振动幅度(pzω，pxω)以及每一扫瞄点的压电响应信号的相位ψ经仪器自动分析和处理后输出样品的极性像；其特征在于，步骤1)-步骤8)中所述的探针为无金属膜镀层的非导电探针；步骤6)中所述检测电场为加在探针悬臂和检测样品下电极之间的交流电场。