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请教关于Bruker Ico AFM 测量结果计算d33

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zhwr posted on Wed, Mar 11 2015 2:14 PM

1 如何根据测量的amplitude曲线计算d33?是直接微分amplitude vs tip bias曲线吗?仪器的单位是mV. 用sapphire样品测得探针sensitivity接近100 nm/V. 需要用什么公式把这些参数带入计算呢?需要考虑实际测量的PR Amplitude(AC bias) 吗(我用的500mV)?

2. 如果想测time-dependent phase switching behavior,是不是直接将测得横坐标改为time就好了,用Ico AFM能测得的最小时间步长可以到微妙或者纳秒吗?

求指导,谢谢。

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您好!首先确定您是在远离Contact Resonace下来做的PFM,否则以下公式不适用:d33  =  LS PR amplitude (mV) * deflection sen. (nm/V) / 16 / LS PR AC bias (V)。 如果您使用的是Icon或DMV,其中PFM的workspace是开了16x Vertical Gain的,所以要除以16. 若关掉了这个Gain就不用除以16. 在靠近Contact Resonance时会有机械振动,所以不能准确计算。如果使用的是MM,是用Contact的workspace来实现的PFM,则不需要除以16,除非使用专为配备了PFM-Ready的37pin adapter的MM8的PFM workspace。直接将横坐标改为Time可以看到Phase在Ramp过程中随时间的变化。如果使用自定义的 脚本来施加DC,则可以直接使用Strip Chart功能来记录物理量随时间的变化。每秒钟最多存19968个数据,所以在50微秒的量级;Strip Chart则是最大速率1000Hz,所以是1毫秒。

 

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Contact Resonance是指探针和样品组成的体系的接触共振频率,如果使用SCM-PIT,则一般在300-600kHz,取决于探针和样品,可参考PFM手册的contact resonance部分。若在接近Contact resonance频率下成像,则由于机械放大作用,得到的振幅是被放大了的振幅,如果恰好在共振峰上,则放大倍数是品质因子Q倍。由于不能确切得到Q,因此不能据此定量计算。必须远离接触共振。也可以如下近似:在相同条件下测一个已知d33的样品如石英,然后将比例系数计算出,用于未知样品。Strip Chart功能Icon是有的,在Ramp界面下点开上面菜单栏中“Plots and Controls”图标即可。

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您好!首先确定您是在远离Contact Resonace下来做的PFM,否则以下公式不适用:d33  =  LS PR amplitude (mV) * deflection sen. (nm/V) / 16 / LS PR AC bias (V)。 如果您使用的是Icon或DMV,其中PFM的workspace是开了16x Vertical Gain的,所以要除以16. 若关掉了这个Gain就不用除以16. 在靠近Contact Resonance时会有机械振动,所以不能准确计算。如果使用的是MM,是用Contact的workspace来实现的PFM,则不需要除以16,除非使用专为配备了PFM-Ready的37pin adapter的MM8的PFM workspace。直接将横坐标改为Time可以看到Phase在Ramp过程中随时间的变化。如果使用自定义的 脚本来施加DC,则可以直接使用Strip Chart功能来记录物理量随时间的变化。每秒钟最多存19968个数据,所以在50微秒的量级;Strip Chart则是最大速率1000Hz,所以是1毫秒。

 

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zhwr replied on Wed, Mar 18 2015 1:04 PM

谢谢孙浩博士的详细回答,我还有几个问题想请教下

我们做实验用的是SCM-PIT tip (说明书的f0 60-100 kHz 是contact resonance吗?),实验时用的是high-resonance contact mode (at 300 kHz),tip的sensitivity是通过在sapphire样品在contact mode下测试得到100 nm/V. 

 

根据你给的公式计算,测得样品的amplitude为60 mV 甚至更多(开了16x vertical gain测得的),计算d33 = HS PR amplitude (60 mV) * deflection sensitivity (100 nm/V)/(16*HS PR AC bias (500 mV))=0.75 nm/V=750 pm/V. 我的样品是BiFeO3 薄膜,但测得的值远大于它的平均值 (~40 pm/V)。 想问下我的测量过程或者计算过程是否有错?

 

另外,关于time-dependent 信号的测量,我们用的Bruker Ico PFM, 这台仪器是不是没有那个strip chart功能(我没有找到?)。实际测量中,我想给样品先加一个voltage pulse (比如3V), 然后记录样品的phase/amplitude随时间的变化,但好像我们这台PFM没有这个功能?必须和专门的LCR meter集成在一块才行吗?

谢谢

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Contact Resonance是指探针和样品组成的体系的接触共振频率,如果使用SCM-PIT,则一般在300-600kHz,取决于探针和样品,可参考PFM手册的contact resonance部分。若在接近Contact resonance频率下成像,则由于机械放大作用,得到的振幅是被放大了的振幅,如果恰好在共振峰上,则放大倍数是品质因子Q倍。由于不能确切得到Q,因此不能据此定量计算。必须远离接触共振。也可以如下近似:在相同条件下测一个已知d33的样品如石英,然后将比例系数计算出,用于未知样品。Strip Chart功能Icon是有的,在Ramp界面下点开上面菜单栏中“Plots and Controls”图标即可。

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