HD-KFM (High Definition Kelvin Force Microscopy: 高精細KFM)

ケルビンフォース測定 (KFM, KPFM)では、試料表面と金属コーティングされたチップ間の表面電位差を測定できます。表面電位測定は、仕事関数またはバンドギャップのような固有の性質を決定するために使用することができます。CSIでは、カンチレバーの最初の2つの固有モード（共振周波数）に一致する二つのロックインアンプを使用して、シングルパスでトポグラフィと表面電位の両方を取得する超高感度測定にHD-KFM (High Definition Kelvin Force Microscopy) と名付け、AFMの機能として実装いたしました。機械的共振周波数の活用によってシグナル感度を高め、シングルパス測定を最適化しの高感度、高空間分解能測定を実現しています。

アプリケーション：マテリアルサイエンス、半導体、ポリマー、ライフサイエンス

HD-KFM 最も先進的なシングルパスKFM

Graphene on Si, HD-KFM mode, 5µm

HD-KFMは、カンチレバーの二次共振周波数を利用して信号を増幅しています。従来の手法と比較して、表面電位によって生じる電界を、より精密に調査することができます。これは、小分子、または二次元材料のイメージングに広く使われています。

表面電位マッピング
セカンドロックインアンプ
リフトなし：高感度、高空間分解能

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分子分解能KFM （空間分解能 <10nm）

HOPG上のBio Molecule SAM（Self Assemble Monolayer）のトポグラフィとKFM像。 SAM分子が約8nmピッチで整列しています。トポグラフィ像だけでなく、表面電位（KFM, SP）像でも整列が確認できており、KFM測定で分子分解能を達成しています。

シングルパスVSダブルパス（リフトモード）

より高い感度と空間分解能

シングルパスKFMの一つの大きな利点は、分解能と感度が向上する点です。非接触オシレーションモードで動作するカンチレバー先端は、下の図のように、サンプルに非常に接近しているためです。下図にてSiC基板上のグラフェンサンプルでシングルパス、ダブルパスの比較データを示しています。シングルパス測定で得られた表面電位像はグラフェンのドメインのはっきりとしたコントラストおよび空間分解能を示しています。ダブルパス・リフトモード（通常10nm – 20nmリフトしている）の場合、電界が距離により減衰するため、感度や空間分解能が悪いデータになっています。シングルパス測定では、サンプルにより近接した状態（通常0.1-0.3nm）で表面の情報を収集するため、分解能・感度ともに高品質なデータを取得できます。