Kelvin-Sonde
Die Kelvin-Sonde (englisch Kelvin probe, KP) findet bei der zerstörungsfreien Messung der Austrittsarbeit und bei der Untersuchung von Delaminierungsprozessen an Polymer-, Oxid-, und Metall-Grenzflächen Verwendung. [1] Die Kombination einer Kelvin-Sonde mit einem Rasterkraftmikroskop wird als Raster-Kelvin-Mikroskop oder Kelvinsondenkraftmikroskop (engl. scanning Kelvin probe microscope, SKPM, oder Kelvin probe force microscope, KPFM) bezeichnet.
Der Name der Kelvin-Sonde geht auf Lord Kelvin zurück.[2]
Prinzip
Werden zwei Metalle in Kontakt gebracht, so fließen energiereichere Elektronen vom Metall höheren Ferminiveaus zu jenem mit geringerem Ferminiveau, bis diese auf gleicher Höhe liegen (vgl. Kontaktpotential). Aus diesem Elektronenfluss entsteht ein elektrisches Feld und eine Kontaktspannung
Die beiden Metalle haben gegeneinander eine Kapazität
- .
Messung
Bei der Messung mit einer Kelvin-Sonde verhalten sich die leitfähige Sonde, die über der Probe mit Piezoaktoren in Schwingung versetzt wird, und die Probe wie zwei Kondensatorplatten.[4] Durch die Schwingung wird ein Strom
Der Aufbau eines KPFM ähnelt einem Rasterkraftmikroskop und kann eine bessere Ortsauflösung als die Kelvin-Sonde liefen. Als Sonde dient in diesem Fall eine sehr feine, leitfähige Spitze. Aufgrund der kleinen Geometrie der Spitze ist die Kapazität zwischen Spitze und Probe und somit auch der influenzierte Strom
Referenzen
- ↑ Universität Paderborn: Ausstattung
- ↑ K. Lord: Contact electricity of metals. In: Phil. Mag. 46, 1898, S. 82–120.
- ↑ Herbert Kliem: Materialien der Mikroelektronik 1. Vorlesungsskript, WS2010/11.
- ↑ K. Besocke, S. Berger: Piezoelectric driven Kelvin probe for contact potential difference studies. In: Review of Scientific Instruments. 47, Nr. 7, 1976, S. 840–842, doi:10.1063/1.1134750.
Weblinks
- Kelvin Probe information site: Kelvin Probe information site
- Tutorial [engl.]: Tutorial