AFM模式

切换光谱压电响应力显微镜(SS-PFM)

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.此模式:

  • 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。
  • 能够定量铁电磁滞回路的关键参数,以及仪器,实验室和探针的材料性能比较。

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。

样品的PFM响应具有正电伸缩常数,如PZT。如果畴的偏振平行于增加的电场,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,典型的振幅<10 pm/V。这是AFM所能检测到的极限。为了解决这个问题,通常会采取以下两种方法之一:

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

对于许多样本,任意增加交流刺激电压不是实用的方法。如果超过矫顽偏压,则样本域将翻转(民意调查);测量的幅度是不准确的。对于矫顽偏压通常更低的薄膜尤其如此。

在频率扫描期间测量的悬臂幅度(顶部)和相位(底部)。接近接触谐振,幅度明显较大,相位较低的噪声小于偏振。

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来测量响应的更精确测量A,Q和相位,允许最终的低信号性能进行更长的集成时间。

执行准确的滞后回路测量

消除工件

标准PFM允许使用纳米级分辨率测量铁电行为,但是测量信号可以受到悬臂上的静电力以及铁电反应的影响。这些可能导致滞后回路量化的误差,并且甚至可以将有色金属物质定义为铁电。bob综合游戏

SS-PFM模式提供:

  • 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提供:

  • 来自滞后回路的关键铁电参数的高度敏感和可重复的点测量。
  • 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,从顶部:PZT中的滞后环显示键参数;通过在10x10矩阵中收集光谱来创建的VC +地图;V0 +的地图显示先前轮询的区域。

避免接触模式可用于可重复的结果

标准PFM以接触模式运行,这不适用于扫描期间通过AFM尖端拖动样品表面的AFM尖端易受损坏或位移的样品。更软的探针可以部分减轻这个问题,但更容易易于PFM测量中的静电伪像。

像Bruker的那样独特的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 tapp.和MIROView进行预扫描和导航,完全避免接触模式。

SS-PFM模式支持:

  • 低冲击扫描的精致样品,如聚合物,纤维和纳米颗粒。
  • 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。
从左顺序旋转:MiroView Canvas与PFM图像上的SS-PFM RAMPScript数组;聚合物薄片的DCube-PFM图像;在接触模式下使用后磨损。

实验设计和分析中的易用性和灵活性

利用先进的软件和分析进行创新

Bruker的最先进,易于访问的软件和分析工具提供了灵活性研究人员需求。

  • 我们易于使用的脚本生成器可以创建开关波形脚本从七个关键参数。高级用户还可以用XML创建独特的脚本。
  • 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;基于Python的分析代码;信号访问模块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。与新的纳米腔6控制器的集成可降低这些影响,通过优化的锁放大器和信号路由提供最高的性能背景和串扰。

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:

  • 由于提高了信号噪声而更简单的分析。
  • 干净、准确测量;即使是高频的低电平信号。
NanoScope 6控制器显示