Descrizione

La sonda Kelvin a scansione consente di misurare la differenza di potenziale di contatto (CPD) non solo in un singolo punto del campione, ma anche sull'intera superficie del campione.
La sonda Kelvin, dotata di una sorgente luminosa, consente di esaminare gli stati superficiali degli elettroni nel campione. Gli stati superficiali degli elettroni svolgono un ruolo significativo nel trasferimento di carica elettrica, particolarmente importante per i materiali fotovoltaici e nella fotoelettrochimica.
La possibilità di scansionare la superficie del campione e di esaminarne le proprietà elettriche consente di valutare con precisione la qualità del materiale, la sua omogeneità, ecc. La serie di valori CPD raccolti per molti punti del campione può essere utilizzata per valutare con maggiore precisione la funzione di lavoro.

Voltmetro elettrostatico
La tecnica di misurazione, i metodi analitici applicati e il design dello strumento lo rendono unico e impareggiabile nel testare superfici dielettriche cariche, compresi i dielettrici in cui il potenziale misurato al di sopra delle cariche accumulate può raggiungere diversi kilovolt!

Il sistema di sonde Kelvin a scansione consente di indagare:

La funzione di lavoro di un materiale,
la posizione del livello di Fermi rispetto ai bordi delle bande di conduzione e di valenza,
Il tipo, n o p, di un semiconduttore,
Gap energetico di un semiconduttore,
Potenziale di superficie (SPV con tecnica flat band),
Effetti dell'adsorbimento superficiale e del chemisorbimento sulla funzione lavoro,
Informazioni sulla densità degli stati superficiali,
Effetti di carica e scarica sulla superficie,
Lunghezza di diffusione dei portatori di minoranza,
Tassi di ricombinazione dei portatori (soprattutto per i semiconduttori a bandgap indiretto),
Informazioni sulle interfacce sepolte,
Influenza della temperatura sulla funzione di lavoro,
Influenza dell'umidità sulla funzione di lavoro,
Distribuzione della carica elettrostatica sulla superficie.

Moduli della sonda Kelvin

Il set di sonde Kelvin è composto da:

Unità di controllo,
strumento Kelvin Probe con punta della sonda,
gabbia di Faraday.

Lo strumento Kelvin Probe è dotato di:

Alloggiamento protettivo per parcheggiare la punta della sonda dopo l'esperimento,
Puntatore laser per indicare direttamente l'area,
Sorgente luminosa che aiuta a manipolare il campione quando lo strumento è coperto dalla gabbia di Faraday,
barriera laser per rilevare con precisione la distanza della punta della sonda dal campione,
Punta della sonda dorata,
Supporto del campione,
Tavolo XY motorizzato.

Punta della sonda

La parte più importante dello strumento Kelvin Probe è la punta della sonda. L'elettrodo di riferimento è costituito da una maglia di Au di 2,5 mm di diametro. Fornisce un elevato rapporto segnale/rumore, anche a una distanza di 0,5 mm dal campione. Pertanto, non importa se la superficie del campione esaminato è ruvida o lucida. Le oscillazioni della punta sono generate da un elettromagnete.

La punta della sonda è il componente interamente progettato e prodotto da Instytut Fotonowy Sp. z o.o.

Gabbia di Faraday
L'intero strumento è coperto dalla gabbia di Faraday, che scherma il sistema dalla luce ambientale e dai campi elettromagici.

Gabbia di Faraday a tenuta di gas con sistema di flusso di gas inerte
Poiché le misure della CPD sono spesso sensibili a fattori ambientali quali temperatura, umidità, polvere e contaminanti chimici, la sonda Kelvin può essere collocata all'interno della versione ermetica della gabbia di Faraday con sistema di flusso di gas inerte.

Barriera laser
La sonda Kelvin è dotata di un sistema di barriera laser. Il sistema rileva automaticamente il substrato del campione. Ogni volta che la sonda si avvicina al campione da esaminare, viene misurata con precisione di 20 µm la distanza tra la superficie del campione e la punta della sonda.

Illuminazione del campione
Il campione può essere illuminato durante le misurazioni dalla fibra ottica situata sopra la punta della sonda. La punta della sonda lascia passare la luce. La luce all'ingresso della fibra ottica può essere fornita dal Revolver LED, dalla lampada allo xeno combinata con il monocromatore o da qualsiasi altro tipo di sorgente luminosa desiderata.

Specifiche tecniche

Generale:

Peso: 15 kg,
Dimensioni: 40x40x45 cm,
Connettività PC: USB 2.0,
Alimentazione: 230 V, 50 Hz o 115 V, 60 Hz,
Tecnica di misurazione: amplificatore lock-in a 2 canali,
Barriera laser per rilevare automaticamente il substrato e impedire che la punta finisca nel campione,
Sensori ausiliari: umidità, temperatura,
Piccola lampada,
Puntatore laser per l'indicazione del punto esaminato della superficie,
Portacampioni:
- Stato solido di forma libera con supporto di contatto superiore,
- Supporto di contatto inferiore,
- Supporto elettrochimico,

Gabbia di Faraday:

Standard / a tenuta di gas con sistema di flusso di gas inerte,

Unità di misura:

Campo di tensione di bias: -5 ÷ 5 V,
Risoluzione della misura di tensione: 0,15 mV,
Intervalli di corrente: 300 nA, 30 nA, 3 nA, 300 pA,

Punta della sonda:

Tipo di punta della sonda: Rete Au, diametro 2,5 mm,
Risoluzione di posizionamento della punta sull'asse verticale: 20 µm,
Scansione automatica della frequenza di risonanza,
Ampiezza di oscillazione regolabile,
Rimozione automatica della corrente parassita della punta,
Trasparenza parziale della luce,
Distanza tipica di misurazione CPD: 0,2 - 1 mm,

Tabella XY:

Motorizzato, controllato via software,
Dimensioni: 50 x 50 mm,
Campo di movimento: 50 x 50 mm,