KFM calibration method

• Autorzy: Jabłoński R. , Ligowski M. , Tabe M.

Warianty tytułu

PL

Metoda kalibracji mikroskopu KFM

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

There are many possible ways to calibrate the Kelvin Probe Force Microscope [1] and various accuracy levels can be achieved accordingly to employed method. The paper presents novel method for calibrating Kelvin Probe Force Microscope. The method is based on measuring the surface potential of a reference sample and comparing it with the results obtained by KFM. It offers a calibration possibility in the whole measuring range of the microscope both in terms of absolute values and dynamic behavior. The surface potential of a reference sample used for calibration is adjusted according to needs (instead of being defined by physical parameters of the sample). Using this method both the time characteristics and the measurement accuracy can be adjusted by a proper setting of PI controller and Lock-In amplifier gains. In particular, with a higher proportional gain the measuring range is decreased but obtained resolution is increased. The method has been applied for the calibration of Unisoku Low Temperature KFM. Obtained results proves that KFM can measure the potential within the -3...3 V. The calculated standard deviation for each calibration point is less than 15 mV. Taking into consideration also systematic error it can be concluded, that the uncertainty in a whole measuring range is 20 mV.

PL

Istnieje wiele sposobów kalibracji kelvinowskiego mikroskopu sił atomowych (Kelvin Probe Force Microscope, KFM) [1], a uzyskane dokładności zależą od wybranej metody. W publikacji przedstawiona jest nowa metoda wzorcowania KFM. Metoda jest oparta na pomiarze potencjału powierzchniowego wzorca odniesienia i porównaniu wyniku z uzyskanym za pomocą KFM. Pozwala ona na wzorcowanie w całym zakresie pomiarowym mikroskopu zarówno w wartościach bezwzględnych jak i dynamicznie zmiennych. Napięcie powierzchniowe wzorca odniesienia użytego do wzorcowania jest regulowane w zależności od potrzeb (nie jest więc zdefiniowane jego fizycznymi parametrami). Stosując tą metodę zarówno charakterystyka czasowa jak i dokładność pomiaru mogą być regulowane przez właściwe ustawienie kontrolera PI i wzmacniacza Lock-In. Okazało się, że przy wzroście wzmocnienia proporcjonalnego, zmniejsza się zakres pomiarowy przy jednoczesnym zwiększeniu rozdzielczości. Metoda została zastosowana do wzorcowania niskotemperaturowego mikroskopu KFM. Osiągnięte wyniki potwierdzają, że KFM może mierzyć potencjał w zakresie -3...3 V. Obliczone odchylenie standardowe dla każdego punktu kalibracyjnego wynosiło mniej niż 15 mV. Biorąc pod uwagę także błąd systematyczny można skonkludować że niepewność w całym zakresie pomiarowym wynosi 20 mV.

Słowa kluczowe

EN

KFM; calibration; surface potential

PL

KFM; kalibracja; potencjał powierzchniowy

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 54, nr 6
• Strony: 19--21
• Opis fizyczny: Bibliogr. 6 poz., wykr.

Twórcy

autor

Jabłoński R.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Mechatronics, Institute Metrology and Biomedical Engineering

autor

Ligowski M.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Mechatronics, Institute Metrology and Biomedical Engineering

autor

Tabe M.

• Shizuoka University, Japan, Research Institute of Electronics

Bibliografia

• [1] Nonnenmacher M., et al., Applied Physics Letters, vol. 58, 1991 pp. 2921-2923.
• [2] Ligowski M., Jabłoński R., et al., Appl. Phys. Lett., vol. 93, no. 14, 2008, pp. 14210.
• [3] Zerweck U., et al., Phys. Rev. В vol. 71, 2005, pp. 125424.
• [4] Barbet S., et al., Appl. Phys. Lett. 93. (2008), pp. 212107.
• [5] Freland J. W., et al., Appl. Phys. Lett. 93. (2008). 212501.
• [6] Ligowski M. Ph.D. thesis (supervisor Jabłoński R.). OW PW, Warszawa 2011 R. Jabłoński (a), M. Ligowski (a,b), M. Tabe (b). (a) Faculty of Mechatronics, Warsaw University of Technology, Boboli 8, Warsaw, 02-525, Poland, (b) Research Institute of Electronics, Shizuoka University, Johoku 3-5-1, Hamamatsu, 432-8011, Japan.