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仕事関数/表面電位を高感度・高精度に測定、広い領域をマッピング可能
走査型ケルビンプローブシステム SKPシリーズ

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走査型ケルビンプローブシステム SKPシリーズ 走査型ケルビンプローブシステム SKPシリーズ

製品概要

  ケルビンプローブの老舗メーカー・英国KP Techonology社が開発した、仕事関数/表面電位マッピング装置です。
大気中・非破壊・非接触で、透明電極や有機薄膜特性の均一性評価、組成の変化、電池電極材料や半導体材料特性分布、 さらには金属表面の腐食状態などを仕事関数・表面電位の変化として、広い領域を2次元マッピングします。 金属、半導体材料だけでなく酸化物など誘電体材料の測定も可能。
 SKPシリーズは、ケルビンプローブ、走査ステージとノイズ遮断用の静電シールドカバーがセットになっています。
ステージの走査領域は最大300×300 mm、独自のOff-Null(Baikie)法により高s/n安定、高分解能1~3 meV を実現。

KP Technology社について:
 KP Technology社は、2000年創業の会社で、走査型ケルビンプローブシステムや光電子分光表面分析システムなどの、仕事関数測定装置の専業メーカーです。これまで、世界で300システム以上の装置を大学、研究所、民間企業に納入しています。
創業者でありCEOでもあるProf Iain D Baikieは、1980年代から表面分析のためのケルビンプローブシステムの開発に携わり、この分野の開発と応用で、30年以上の経験を有しています。

特長

・ケルビンプローブ法による仕事関数・表面電位測定
・Off-Null(Baikie)法で高s/n測定
・高分解能測定 1~3 meV
・大気中、非破壊、非接触測定
・ステージ走査範囲: 最大300×300 mm
・超高真空仕様可能

Off-Null(Baikie)法とは:
 ケルビンプローブの伝統的な手法では、プローブからの信号がゼロになるようなバイアス電圧を求め、この電圧から仕事関数を求めます。一方Off-Null(Baikie)法では、バイアス電圧を走査することによってバイアス電圧と信号電圧がバランスする電圧を得るため、電圧の小さな信号を測定する必要がありません。そのため、測定環境やノイズの影響を受けずに、高いs/n比でより素早く正確に仕事関数を測定することが出来ます。

主な用途

・金属の浸食・腐食分析
・薄膜の膜質評価
・有機/無機半導体の欠陥分析
・太陽電池材料の仕事関数・イオン化ポテンシャルの測定
など

オプション

・光電子分光表面分析
・表面光起電力モジュール (石英タングステンハロゲン光源/LED)
・表面光起電力分光モジュール (400~1000 nm)
・チップサイズ(0.05~20 mm, 金/ステンレス鋼)
・相対湿度制御(20-95 %)/窒素雰囲気(酸素 < 1%)チャンバー
・サンプルヒーター(室温~100℃/室温~250℃)
・超高真空用ヘッド

仕事関数の算出

 ケルビンプローブシステムでは、実際には、試料とプローブチップ間の接触電位差(CPD)を計測します。この測定値は仕事関数(WF)ではないため、仕事関数を得るには、金などの標準試料を利用して、以下の方法により算出します。

CPD(測定値) = WF試料 – WFチップ
WFチップ = WF標準試料 – CPD (標準試料の測定値) - (a)
WF試料  = WFチップ + CPD (測定値) - (b)

**算出例**
WF標準試料 = 4800 meVとして、標準試料を測定した時のCPDが+140 meVとすると、
(a)式より、
WFチップ = 4800 meV – (+140) meV
WFチップ = 4660 meV

= 4.66 eV

*標準試料のWFは、文献値や別の手法で測定した絶対値を使用します。
次に、実際の試料を測定した時のCPDが-150 meVとすると、
(b)式より、
WF試料 = 4660 meV + (-150) meV
WF試料 = 4510 meV

= 4.51 eV

KP Technology社CEO(Prof.Baikie)による製品紹介動画

1.走査型ケルビンプローブシステム

2.ケルビンプローブの原理

3.超高真空ケルビンプローブ

最新の論文

1.走査型ケルビンプローブシステム

Crosslinkable amino-functionalized conjugated polymer as cathode interlayer for efficient inverted polymer solar cells,Wang, J et al. Advanced Energy Materials, 2016.

Effects of humidity during formation of zinc oxide electron contact layers from a diethylzinc precursor solution,
Mauger, Scott A. et al. Organic Electronics, 2016, 31, 63-70.

Effects of nitrogen plasma treatment on the electrical property and band structure of few-layer MoS2,
Ting-Hong Su et al., Appl. Phys. Lett. 108, 033103, 2016.

Effects of thermal pressing on ZnO nanoparticle layers deposited by drop casting,
Yoshida, Toshiyuki et al., Journal of Surface Science and Nanotechnology, 2016, 14, 175-178.

2.環境制御型ケルビンプローブシステム

Spatial determination of diffusable hydrogen concentrations proximate to pits in a Fe-Cr-Ni-Mo steel using the Scanning Kelvin Probe,R. F. Schaller et al., Electrochemistry Communications, 2016, 63, 5-9.

Sealing of anodized aluminium with phytic acid solution,
Shuaixing Wang et al., Surface & Coatings Technology, 2016, 286, 155-164.

Effect of particle size on the surface activity of TiC-Ni composite coating via the interfacial valence electron localization,Zirun Yang et al., RSC Advances, 2016, 6, 18793-18799.

Relationship between dissolved oxygen and corrosion characterization of X80 steel in acidic soil simulated solution,
Shuaixing Wang et al., Int. J. Electrochem. Sci., 2015, 10, 4393-4404.

3.光電子分光表面分析システム

Flexible light-emitting electrochemical cells with single-walled carbon nanotube anodes,
Martinez-Sarti et al., Organic Electronics, 2016, 30, 36-39.

Probing the energy levels of perovskite solar cells via Kelvin probe and UV ambient pressure photoemission spectroscopy,Harwell et al., Physical Chemistry Chemical Physics, 2016.

Small molecule/polymer blend organic transistors with hole mobility exceeding 13 cm V-1 s-1,
Paterson et al., Advanced Materials, 2016.

Copper thiocyanate: an attractive hole transport/extraction layer for use in organic photovoltaic cells,
Treat, Neil D. et al., App. Phys. Lett. 107, 013301, 2015.

システム仕様

               
型名 KP020 SKP5050 ASKP100100 ASKP200250 ASKP350350
チップ材料 / 直径 金 / 2 mm
仕事関数分解能 < 3 meV
最大走査領域 (mm) 点測定 50×50 100×100 200×250 300×300
走査パターン 矩形 矩形 矩形 短形・円形
付属品 オシロスコープ、
静電シールドカバー
観察用カメラ、小型モニター、
オシロスコープ、静電シールドカバー
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よくいただくご質問

  • 他の仕事関数測定手法であるUPS等と比較して、ケルビンプローブの特長は?

    大気中で簡便に測定可能な点です。粉体も測定できます。
  • 大気中ではなく、真空中で測定しないと仕事関数測定は意味がないのでは?

    アプリケーションによります。仕事関数は材料の最表面の状態に大きく依存するため、大気中で使用する材料に関しては大気中での測定データが有用です。
    なお、オプションの真空用ヘッドもあり、真空中の測定にも対応可能です。
  • 伝統的なケルビンプローブ法と、本装置で採用しているBaikie法 (Off-Null法)との違いとメリットは何ですか?

    伝統的な手法では、プローブからの信号がゼロになるようなバイアス電圧を求め、この電圧から仕事関数が得られます。一方Baikie法では、バイアス電圧を走査することによってバイアス電圧と信号電圧がバランスする電圧を得るため、電圧の小さな信号を測定する必要がなく、測定環境やノイズの影響を受けずにより素早く正確に仕事関数を測定することが出来ます。
  • SPMのオプションでケルビンプローブもありますが、違いは何ですか?

    大きな違いはステージの走査範囲です。SPMの走査範囲は100um程度ですが、本装置の標準走査範囲は50x50mmで、試料サイズと同スケールでのマッピングが可能です。
  • 空間分解能はどれくらいですか?

    プローブのチップサイズ径程度になります。標準チップは2 mm、オプションチップの最小サイズは50umです。ケルビンプローブの信号電圧の強さはチップサイズに依存するため、試料によっては小さいチップでは測定精度が低下する場合があります。
  • ケルビンプローブシステムで、試料のトポグラフィー像を取得することはできますか?

    できます。通常、マッピング中にチップと試料間の距離を一定に保っているため、その
    制御信号からトポグラフィー像を構築することができます。ただし、空間分解能はプローブのチップサイズに依存します。
  • ステージ付属の走査型モデルではなく、ステージが付属しない点測定のモデルはありますか?

    あります。
  • 点測定のモデルから、後日、ステージを追加して走査型モデルへアップグレードはできますか?

    できます。
  • ケルビンプローブシステムと光電子分光表面分析システムの違いは何ですか?

    ケルビンプローブは仕事関数の(プローブチップまたは標準試料との)相対値を求めるのに対し、光電子分光表面分析は絶対値を求めることが可能です。また、光電子分光では試料の状態密度を求めることも可能です。
  • ケルビンプローブシステムから、光電子分光システムにアップグレードすることはできますか?

    できます。
  • どのような設置環境が必要ですか?

    丈夫な机か光学定盤の準備をお願いいたします。
    また、下記のような場所の近くには設置しないようにお願いいたします。
    ・高電圧源や機械的振動源。
    ・湿度が大きく変化する可能性のある、ドアやエアコン出口、窓。  
    ・ほこりっぽい場所。
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