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超高真空下で清浄表面の仕事関数/表面電位を測定
超高真空ケルビンプローブ

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超高真空ケルビンプローブ 超高真空ケルビンプローブ

製品概要

 超高真空(UHV)環境に対応したケルビンプローブです。既存の真空チャンバーに取付けて、仕事関数/表面電位の測定が可能です。専用のUHVケルビンプローブ用チャンバー(セル)も提供しており、UHV環境だけでなく大気や各種ガスを導入することもできます。小型設計のため、短時間で排気やガス導入が可能。理想環境下で信頼性の高いデータが得られます。

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

・UHV対応ケルビンプローブ法
・UHV環境下で高精度・高分解能測定 < 3meV (UHV030)
・Off-Null(Baikie)法採用で高s/n測定
・UHV、ガス、大気中での測定 (UHV030)
・アップグレード・機能追加が容易なモジュラーシステム
・様々な特注対応:チップサイズ/形状、フランジサイズ、サンプルヒーター

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

・太陽電池材料の評価
・光触媒の研究
など

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.ケルビンプローブの原理

2.超高真空ケルビンプローブ

システム仕様

        
型名 UHVKP020 UHVKP030
チップ材料 / 直径 ステンレス / 4 mm
仕事関数分解能 < 3 meV
移動ステージ(Z軸) 50 mm, 手動 (オプション:自動)
UHV用チャンバー(セル) 2.75インチ, 6ポートセル
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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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