pimiПриборы и методы измеренийDevices and Methods of Measurements2220-95062414-0473BNTUpimi-111Research ArticleСредства измеренийMeasuring instrumentsМАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИСТАНЦИОННОЙ ЗАВИСИМОСТИ РАЗРЕШАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ СКАНИРУЮЩЕГО ЗОНДА КЕЛЬВИНАMATHEMATICAL MODELING OF A DISTANCE DEPENDENCE OF A SCANNING KELVIN PROBE LATERAL RESOLUTIONТявловскийА. К.TyavlovskyA. K.andrey_psf@tut.byБелорусский национальный технический университетБеларусьBelarusian National Technical UniversityBelarus201224042015013036Copyright © Тявловский А.К., 20152015Тявловский А.К.Tyavlovsky A.K.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://pimi.bntu.by/jour/article/view/111

Предложена математическая модель формирования выходного сигнала сканирующего зонда Кельвина с цилиндрическим чувствительным элементом при сканировании поверхности образца, содержащей дефекты, представленные точечными зарядами. Приведены результаты моделирования для случая двух близкорасположенных точечных зарядов при различных соотношениях диаметра чувствительного элемента сканирующего зонда Кельвина и зазора «зонд-образец». Показано, что наиболее эффективным путем повышения разрешающей способности сканирующего зонда Кельвина является уменьшение расстояния между чувствительным элементом и поверхностью исследуемого образца при уменьшении амплитуды вибрации чувствительного элемента.

A mathematical model of cylindrical shaped plane-ended scanning Kelvin probe output signal is proposed considering the case of an infinite plane sample's surface with local defects represented by dot charges. Modeling results were obtained for the case of two closely situated dot charges anddifferent combinations of scanning Kelvin probe tip's diameter and sample-to-probe gap. It was found that the most effective way to improve the lateral resolution of a scanning Kelvin probe is to reduce the sample-to-probe gap in line with the reduction of sensor's vibration amplitude.

зонд Кельвинаразрешающая способностьметод изображенийэлектрический зарядKelvin probelateral resolutionmethod of imageselectric chargeReferencesKlein, U. Contact potential differences measurement: Short history and experimental setup for classroom demonstration / U. Klein, W. Vollmann [et al.] // IEEE Transactions on Education. – 2003. – № 46(3). – P. 338–344.Klein, U. Contact potential differences measurement: Short history and experimental setup for classroom demonstration / U. Klein, W. Vollmann [et al.] // IEEE Transactions on Education. – 2003. – № 46(3). – P. 338–344.Cheran, L. Scanning Kelvin nanoprobe detection in materials science and biochemical analysis / L. Cheran, S. Sadeghi [et al.] // The Analyst. – 2005. – № 130. – P. 1569–1576.Cheran, L. Scanning Kelvin nanoprobe detection in materials science and biochemical analysis / L. Cheran, S. Sadeghi [et al.] // The Analyst. – 2005. – № 130. – P. 1569–1576.Ouisse, T. Theory of electric force microscopy in the parametric amplification regime / T. Ouisse, M. Stark [et al.] // Physical Review. – 2005. – B. 71 (20). – Art. No. 205404.Ouisse, T. Theory of electric force microscopy in the parametric amplification regime / T. Ouisse, M. Stark [et al.] // Physical Review. – 2005. – B. 71 (20). – Art. No. 205404.Cheran, L. Work-function measurement by high resolution scanning Kelvin nanoprobe / L. Cheran, S. Johnstone [et al.] // Measurement Science and Technology. – 2007. – № 18. – P. 567–578.Cheran, L. Work-function measurement by high resolution scanning Kelvin nanoprobe / L. Cheran, S. Johnstone [et al.] // Measurement Science and Technology. – 2007. – № 18. – P. 567–578.McMurray, H.N. Probe diameter and probespecimen distance dependence in the lateral resolution of a scanning Kelvin probe / H.N. McMurray, G. Williams // Journal of Applied Physics. – 2002. – V. 91. – № 3. – P. 1673–1679.McMurray, H.N. Probe diameter and probespecimen distance dependence in the lateral resolution of a scanning Kelvin probe / H.N. McMurray, G. Williams // Journal of Applied Physics. – 2002. – V. 91. – № 3. – P. 1673–1679.Иродов, И.Е. Основные законы электромагнетизма / И.Е. Иродов. – 2-е изд. Учебное пособие для студентов вузов. – М. : Высш. шк., 1991. – 289 с.Иродов, И.Е. Основные законы электромагнетизма / И.Е. Иродов. – 2-е изд. Учебное пособие для студентов вузов. – М. : Высш. шк., 1991. – 289 с.Zharin, A. L. Contact Potential Difference Techniques as Probing Tools in Tribology and Surface Mapping / A.L. Zharin // Scanning Probe Microscopy in Nanoscience and Nanotechnology (edited by B. Bhushan). – Springer Heidelberg Dordrecht London New York, 2010. – P. 687– 720.Zharin, A. L. Contact Potential Difference Techniques as Probing Tools in Tribology and Surface Mapping / A.L. Zharin // Scanning Probe Microscopy in Nanoscience and Nanotechnology (edited by B. Bhushan). – Springer Heidelberg Dordrecht London New York, 2010. – P. 687– 720.Taylor, D.M. Measuring techniques for electrostatics / D.M. Taylor // Journal of Electrostatics. – 2001. – № 51–52. – P. 502–508.Taylor, D.M. Measuring techniques for electrostatics / D.M. Taylor // Journal of Electrostatics. – 2001. – № 51–52. – P. 502–508.Jacobs, H.O. Surface potential mapping: A qualitative material contrast in SPM / H.O. Jacobs, H.F. Knapp, S. Miiller, A. Stemmer // Ultramicroscopy. – 1997. – № 69. – P. 39–49.Jacobs, H.O. Surface potential mapping: A qualitative material contrast in SPM / H.O. Jacobs, H.F. Knapp, S. Miiller, A. Stemmer // Ultramicroscopy. – 1997. – № 69. – P. 39–49.Baikie, I.D. Analysis of stray capacitance in the Kelvin method / I.D. Baikie [et al.] // Rev. Sci. Instrum. – V. 62. – № 3. – 1991.Baikie, I.D. Analysis of stray capacitance in the Kelvin method / I.D. Baikie [et al.] // Rev. Sci. Instrum. – V. 62. – № 3. – 1991.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.