Modos eléctricos avanzados para AFM
Solo disponible con
el Nano-Observer AFM
1. HD-KFM: Kelvin Force Microscopy de alta definición
2. ResiScope II: corriente / resistencia sobre 10 décadas
3. Soft ResiScope: ResiScope en muestras delicadas
4. sMIM: mapeo de permisividad y conductividad en nm
Mayor sensibilidad
Mayor resolución espacial
La técnica de Kelvin Force Microscopy (KFM) mide el potencial de superficie entre una punta conductora oscilante y la superficie. La medición del potencial de superficie se puede utilizar para determinar propiedades intrínsecas, como la función de trabajo o el bandgap. CSInstruments ha desarrollado una implementación ultrasensible de KFM, llamada High Definition-KFM (HD-KFM), que utiliza simultáneamente las dos frecuencias de los dos primeros automodos verticales de la punta oscilante para adquirir topografía y potencial de superficie. Esta configuración combina las ventajas del enfoque de medida de una sola pasada con la mejora de la señal eléctrica a través de la amplificación de la señal por la resonancia mecánica.
- Ciencia de los Materiales
- Semiconductores
- Polímeros
- Biologia
Mesure réalisée avec un scanner de 100µm et un z de 12µm
HD-KFM, Graphène, 8µm
HD-KFM El modo KFM de una sola pasada (single-pass) más avanzado
El HD-KFM desarrollado por CSI para el Nano-Observer AFM tiene la ventaja de amplificar la señal eléctrica a través de la resonancia del segundo modo de la punta. Además, un algoritmo especial implementado por CSI escoge la frecuencia adecuada alrededor de la resonancia y ajusta las ganancias apropiadas del feedback en 1 solo click!.
Esto también hace posible medir con más proximidad el campo eléctrico creado por el potencial de superficie en comparación con otros setups (double-pass o lift height) para conseguir la máxima resolución/sensibilidad. Esta es fundamental para obtener información de moléculas pequeñas o materiales bidimensionales.
HD-KFM = single-pass + doble resonancia + algoritmo especial de sintonización de frecuancia= la mejor sensibilidad y mayor resolución espacial
Mapeo de potencial de superficie
Mayor sensibilidad y resolución.
Una de las ventajas obvias de la implementación del KFM mediante una sola pasada (single-pass) de en comparación con la implementación de doble pasada (double-pass) es la mejora en la resolución y la sensibilidad porque la punta permanece en promedio mucho más cerca de la superficie durante la oscilación, como se muestra en la figura a continuación. Se realiza una comparación directa entre las dos técnicas en una muestra de grafeno sobre un sustrato de SiO2. La imagen del potencial de contacto obtenida en una configuración single-pass proporciona un mejor contraste y una mejor resolución lateral de los flakes de grafeno. Esto se debe al hecho de que en single-pass, la punta oscila más cerca de la superficie (típicamente de 0.1 nm a 0.3 nm en el punto más bajo de la oscilación) en comparación con el modo double-pass/lift-heigh (típicamente de 10 nm a 20 nm). ). En general, como el campo eléctrico disminuye con la distancia de separación, el doble paso estándar presenta una pérdida intrínseca de sensibilidad y resolución lateral.
Surface potential, Graphene, 8μm
Biomolecules, HD-KFM mode, 1µm
Stainless steel, HD-KFM mode, 20µm
Fluoroalcane, HD-KFM mode, 0.7µm
ResiScope
Corriente y resistencia sobre 10 décadas
El ResiScope II es un sistema único capaz de medir la resistencia AFM durante 10 décadas con alta sensibilidad y resolución. Se puede asociar con varios modos dinámicos, como MFM / EFM o KFM con un solo paso, lo que permite caracterizar varias muestras en la misma área de escaneo.
La medición se realiza aplicando una polarización de corriente continua (CC) entre la muestra y una punta conductora de AFM. La punta escanea en modo de contacto mientras se mide el desplazamiento vertical de la punta para medir la topografía de la superficie. Al ser conductora, tambien se puede medir la corriente/resistencia que circula durante la aplicación de la polarización simultáneamente. Como medida independiente, el ResiScope mide la resistencia de la muestra a través del amplificador de alto rendimiento (HPA).
- Resistencia y mapeo de alta precisión
- Rango dinámico de 10 órdenes de magnitud: resistencia de 10² ohmios a 10^12 ohms
- Alta sensibilidad en todo el rango
- Compatible con modos oscilantes, EFM / MFM o KFM ...
¿Qué es ResiScope?
"El rendimiento más alto del mundo para la caracterización eléctrica de AFM".
Principio
Durante la medición, el DSP elige la mejor ganancia en tiempo real para optimizar la medición realizada por el módulo amplificador (HPA). Esta condición de funcionamiento permite una sensibilidad muy alta en todo el rango de resistividad a una velocidad de barrido típicamente entre 1/5 Hz. A diferencia de otras técnicas, permite el uso de una resistencia de protección por lo que la corriente entre la sonda y la muestra se reduce considerablemente. Esto da como resultado la limitación del efecto local de oxidación o electroquímica y la protección de la sonda conductora del daño causado por una corriente alta.
Software intuitivo
- Fácil de usar
- Selección automática de modo
- Salidas configurables
- Escala de salida seleccionable: R | Log R | coriente
Premios
- 2014 : « Yves Rocard 2014 » Prize (Société Française de physique)
- FIEEC Prize for Applied Research at « Rendez-Vous Carnot 2013 »
Carbon black stripe , ResiScope mode, 60µm
Organic Solar Cell layer, ResiScope mode, 5µm
Aliage, ResiScope mode, 50µm
Stainless steel, resiscope mode, 1µm
SBS, ResiScope mode, 3µm
Nanotube on ITO, Soft ResiScope mode, 6µm
Soft ResiScope
Resistencia cuantitativa verdadera / mediciones de corriente con contacto intermitente para materiales blandos
Caracterización eléctrica de AFM en una muestra flexible.
Este modo AFM único e innovador es capaz de extender las aplicaciones de "ResiScope II" a muestras flexibles como células solares orgánicas, polímeros conductores y otras muestras biológicas, al tiempo que conserva su amplio rango de medición. (10 ordenes de magnitud). El principio de Soft ResiScope se basa en el contacto intermitente.
- Tecnología única
- SIN FRICCION
- Fuerza constante = mediciones eléctricas cuantitativas
- Polímeros
- Materiales orgánicos
- Células solares
- Muestra biológica
Rendimiento y muestra preservada
Principio
El principio de Soft ResiScope se basa en el contacto intermitente. La sonda AFM permanece en contacto con la muestra solo por un corto tiempo con un control de fuerza constante que le permite al ResiScope medir la resistencia y la corriente en las mejores condiciones para mediciones cuantitativas. Luego, la punta se retrae y pasa al siguiente paso.
Soft ResiScope VS mode Oscilación / modos de contacto
Este nuevo método no destructivo de "Soft ResiScope" se ha comparado con el modo de oscilación convencional en muestras frágiles (mezcla de polímeros). Los resultados fueron completamente equivalentes. Esta figura muestra las primeras líneas del escaneo medidas en modo oscilante y la otra parte midiendo en modo Soft ResiScope. También podemos notar la superficie dañada por el escaneo anterior llevado a cabo en modo de contacto (cuadrado azul), la superficie fue rayada por la punta.
Medidas cuantitativas
Modos estándar Soft ResiScope VS Soft ResiScope
Las mediciones cuantitativas de resistencia / corriente han sido validadas por estudios y abren nuevas perspectivas para la caracterización eléctrica en todo tipo de muestras y principalmente muestras blandas.
La siguiente imagen ilustra mediciones cuantitativas con Soft ResiScope. La comparación se realizó entre las mediciones de ResiScope en modo de contacto y el modo Soft ResiScope en una muestra eléctrica estándar como SRAM. El resultado no muestra diferencias entre el modo de contacto y el modo Soft ResiScope en la topografía y las señales de resistencia. Además, la sección muestra resultados idénticos entre los modos ResiScope estándar y Soft ResiScope.
P3HT, Soft ResiScope mode, 5µm
AU, Soft ResiScope mode, 5µm
Nano-tube, Soft ResiScope mode, 5µm
Ligne rouge: Soft ResiScope , mode intermittent
Ligne bleue: ResiScope standard, mode contact
sMIM
Scanning Microwave Impedance Microscopy (sMIM)
Este nuevo modo AFM, desarrollado por PrimeNano, mide las propiedades eléctricas de los materiales en escalas de longitud que van desde 10 nanómetros hasta micras. Los módulos sMIM producen imágenes de alta calidad de propiedades eléctricas locales con una resolución de más de 50 nm. Nuestro enfoque técnico consiste en utilizar reflexiones de microondas de una región en la escala nm de la muestra directamente debajo de la sonda SMIM.
- Sensibilidad a metales, semiconductores y aislantes, incluidos los dieléctricos.
- Medición directa de conductividad σ y ε permitividad a nanoescala
- Relación lineal con propiedades eléctricas.
- Mapeo cuantitativo de la concentración de dopaje
- Espectros de nanoescala C-V
- Capacidad de detección sobre el suelo
Conductividad, permitividad y concentración de n-dopaje
Principio
ScanWave ™ envía microondas a la punta de la sonda a través de una ruta totalmente blindada.
Las microondas crean una onda electromagnética en el campo cercano al final de la sonda que interactúa con la superficie y el subsuelo de la muestra.
Una vez que el campo cercano ha interactuado con la muestra, parte de la potencia de microondas se refleja en la misma ruta blindada a la electrónica ScanWave ™ para el filtrado, la demodulación y el procesamiento.
A medida que la sonda se mueve a través de la muestra, la amplitud y la fase de las microondas reflejadas variarán debido a variaciones en las propiedades eléctricas locales debajo de la punta de la sonda.
El software ScanWave ™ calibra la señal reflejada desde la interfaz sonda-muestra para crear una imagen capacitiva y una imagen resistiva que el AFM muestra simultáneamente con la imagen o imágenes topográficas.
Puntas sMIM
Las puntas SMIM son dispositivos MEMS fabricados en lotes (sistemas eléctricos microeléctricos) con una línea de transmisión blindada en la parte delantera y trasera y en el centro. El blindaje de la sonda reduce el acoplamiento parasitario del ambiente y el voladizo. El radio de la sonda es nominalmente de 50 nm para optimizar la intensidad de la señal y la resolución lateral. La interfaz de muestra de la sonda utiliza una resistencia y un condensador en paralelo. Este "condensador de fuga" tiene una compensación de impedancia con la electrónica del sistema de 50 ohmios, creando una reflexión.
Cuando las sondas sMIM se mueven sobre la superficie de la muestra, la impedancia de este condensador con fugas se modifica y las modificaciones resultantes de las partes real e imaginaria de la onda reflejada se emiten en forma de dos señales procedentes de la electrónica. ScanWave. AFM digitaliza estas señales para producir las imágenes sMIM-C y sMIM-R sincronizadas con la topografía.
Además el modo SMIM es totalmente compatible con el modo ResiScope. PrimeNano ha desarrollado en colaboración con CSI un holder especial compatible con ambas técnicas.
Accessories
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