Wykorzystanie mikroskopu sił atomowych w trybie stałego prądu do badania materiałów przewodzących i tlenkowych

摘要

In the paper a constant-current conductive atomic force microscope (CC-CAFM) is introduced. In this set-up the applied polarization voltage is not constant, as in a standard conductive AFM, but is set by a proportional-integral-derivative controller, which maintains the tip current constant. Such a solution prevents surface modification and tip wear, which may occur as a result of too high current.rnIn addition to the description of the set-up, construction of a current-to-voltage converter of picoampere sensitivity is presented. The device is needed for investigation of dielectric films' properties, which are goal experiments to be conducted using the presented CC-CAFM. Results of experiments on a highly oriented pyrolytic graphite are also presented.%W artykule przedstawiono mikroskop sił atomowych z przewodzącą sondą, pracujący w trybie stałego prądu. Od klasycznego rozwiązania różni się tym, że napięcie polaryzujące nie jest stałe, ale jest za pomocą regulatora proporcjonalno-całkująco-różniczkującego (PID) dopasowywane tak, aby prąd płynący przez ostrze miał stałą wartość. Umożliwia to uniknięcie uszkodzeń powierzchni próbki i ostrza, wynikających z przepływu prądu o zbyt dużym natężeniu. W uzupełnieniu do opisu metody pomiarowej zaprezentowana została konstrukcja przetwornika prąd-napięcie o pikoamperowej czułości, niezbędnego do pomiarów właściwości warstw z materiałów dielektrycznych, docelowego obiektu badań przedstawionego mikroskopu. Przedstawione są również wyniki pomiarów, uzyskane w trybie stałego prądu na powierzchni wysoko zorientowanego grafitu pirolitycznego.