本發(fā)明屬于微區(qū)表面電勢原位測試，涉及一種原位光照kpfm測試裝置及測試方法。

背景技術(shù)：

1、開爾文探針力顯微鏡（kelvin?probe?forcemicroscope，kpfm）是原子力顯微鏡的一種衍生技術(shù)。給探針施加交流電壓，在針尖和樣品之間形成電場力，通過外加一個(gè)直流電壓抵消電場力，從而觀測樣品表面電位的。此外，導(dǎo)電針尖和樣品之間的接觸電勢差 vcpd（contact?potential?difference）定義為 vcpd=（ φtip– φsample）/- e，其中 φsample和 φtip是樣品和針尖的功函數(shù)， e是元電荷。因此，在已知針尖功函數(shù)和接觸電勢差時(shí)，即可求得樣品的功函數(shù)。kpfm在大氣條件下進(jìn)行樣品局域表面電勢的無損檢測已被應(yīng)用到多個(gè)領(lǐng)域，如局部摻雜濃度測量，結(jié)構(gòu)缺陷附近的能帶彎曲測量，以及含有兩種不同相的樣品中的疇構(gòu)型。kpfm還能得到表面電勢和功函數(shù)的空間分布圖，以及在光照條件下的變化。表面電勢產(chǎn)生于光激發(fā)產(chǎn)生載流子和隨后的靜電荷的再分布。因此，kpfm實(shí)驗(yàn)將有助于闡明入射光子激發(fā)的表面電勢與活性材料中的電荷載流子之間的相互作用。這對光催化、鈣鈦礦電池等的機(jī)理研究具有重要作用。最常見的原子力針顯微鏡主要由激光系統(tǒng)、光電檢測系統(tǒng)、反饋系統(tǒng)、壓電掃描系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理與顯示系統(tǒng)和隔震系統(tǒng)等組成，其中在光電檢測系統(tǒng)中，激光打在探針針尖，先利用光杠桿原理將微懸臂的彎曲形變或振動(dòng)變化進(jìn)行光學(xué)放大，然后利用光檢測器將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)被檢測。

2、測試過程中，在研究光激發(fā)下材料的性能時(shí)，需要進(jìn)行原位光照測試，即在外加光源照射條件下，進(jìn)行kpfm表面電勢測量，獲得樣品的表面電位分布，反映載流子分布情況。但是外加光源會(huì)進(jìn)入激光檢測器，進(jìn)入激光檢測器的外加光源會(huì)對激光檢測信號(hào)產(chǎn)生干擾，形貌圖出現(xiàn)嚴(yán)重噪聲。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種原位光照kpfm測試裝置及測試方法，從而解決現(xiàn)有技術(shù)中利用kpfm進(jìn)行原位光照測試時(shí)，外加光源對測試結(jié)果的影響。

2、本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

3、一種原位光照kpfm測試裝置，包括kpfm測試儀本體；所述kpfm測試儀本體包括激光檢測器、反光鏡、分光鏡、激光器以及樣品臺(tái)；由所述激光器發(fā)出的激光依次經(jīng)過分光鏡、樣品臺(tái)以及反光鏡，進(jìn)入激光檢測器；

4、靠近所述樣品臺(tái)的位置設(shè)有外加光源，所述外加光源的出光口與樣品臺(tái)之間的距離為3~5cm；

5、所述激光檢測器的入口處設(shè)置有濾光組件。

6、優(yōu)選的，所述外加光源為xe燈、白光led燈、紫外燈或紅光燈。

7、優(yōu)選的，當(dāng)所述外加光源為xe燈時(shí)，所述xe燈的出光口設(shè)置有光纖，所述光纖的出光口與樣品臺(tái)之間的距離為3~5cm。

8、優(yōu)選的，所述濾光組件包括擋板或?yàn)V光片；所述擋板上設(shè)有通孔。

9、優(yōu)選的，所述擋板上通孔的直徑為1~2mm。

10、優(yōu)選的，所述濾光片包括吸收濾光片、反射濾光片、復(fù)合濾光片以及帶通濾波片中的任意一種。

11、優(yōu)選的，當(dāng)所述濾光片為帶通濾波片時(shí)，濾光片的通帶中心波長與所述激光器發(fā)出的激光波長一致，所述濾光片的通帶半高寬為50nm。

12、優(yōu)選的，所述激光檢測器入口處設(shè)有夾持固定組件，所述濾光組件通過所述夾持固定組件設(shè)置在所述kpfm測試儀本體的激光檢測器入口處。

13、優(yōu)選的，所述測試裝置還包括散熱組件，所述散熱組件用于消散所述外加光源所產(chǎn)生的熱量。

14、一種原位光照kpfm測試方法，采用上述的原位光照kpfm測試裝置，并包括以下步驟：開啟kpfm測試儀本體，控制外加光源的出光口與樣品臺(tái)之間的距離為3~5cm，開啟外加光源進(jìn)行測試。

15、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：

16、本發(fā)明公開一種原位光照kpfm測試裝置，首先，在靠近樣品臺(tái)的位置設(shè)有外加光源，外加光源的設(shè)計(jì)使得測試裝置能夠模擬或提供待測試樣在實(shí)際工作環(huán)境下的光照條件，從而能夠更準(zhǔn)確地反映待測試樣在實(shí)際應(yīng)用中的性能表現(xiàn)，通過精準(zhǔn)模擬實(shí)際工作光照，可以更有效地評估這些材料的性能，另外，控制所述外加光源的出光口與樣品臺(tái)之間的距離為3~5cm，有效確保了測試過程中外加光源對待測樣本的充分激發(fā)，確保了測試結(jié)果的靈敏度；其次，在激光檢測器的入口處設(shè)置有濾光組件，濾光組件的設(shè)置能夠阻擋或衰減外加光源中對激光檢測器產(chǎn)生干擾的波長，這有助于減少測試過程中的噪聲和誤差，提高測試的準(zhǔn)確性和可靠性，在kpfm測試中，激光檢測器對光的敏感度極高，任何不必要的干擾都可能導(dǎo)致測試結(jié)果偏離真實(shí)值，通過濾光組件的精確濾光作用，可以確保激光檢測器只接收來自待測試樣的有效信號(hào)，從而得到更準(zhǔn)確的測試結(jié)果；本發(fā)明結(jié)合外加光源和濾光組件的設(shè)計(jì)，該測試裝置能夠在保持測試環(huán)境真實(shí)性的同時(shí)，有效減少測試過程中的干擾因素，從而提升測試效率和精度，顯著提升了利用kpfm進(jìn)行原位光照測試的準(zhǔn)確性和可靠性。

17、進(jìn)一步的，所述外加光源為xe燈、白光led燈、紫外燈或紅光燈，多種光源的選擇提供了更廣泛的測試條件，使得測試裝置能夠模擬或提供多種不同的光照環(huán)境；不同的待測試樣也對特定波長的光更為敏感或具有特定的光譜響應(yīng)，通過設(shè)置多種光源，測試裝置可以更容易地適應(yīng)不同待測試樣的測試需求，提高測試的針對性和準(zhǔn)確性。

18、進(jìn)一步的，當(dāng)所述外加光源為xe燈時(shí)，所述xe燈的出光口設(shè)置有光纖，所述光纖的出光口與樣品臺(tái)之間的距離為3~5cm，此處通過光纖對xe燈進(jìn)行導(dǎo)光，一方面使得光更加充分有效的集中在樣品表面，用于樣品的測試，另一方面避免了光進(jìn)入檢測器，對檢測結(jié)果造成影響。

19、進(jìn)一步的，所述濾光組件包括設(shè)有通孔的擋板或?yàn)V光片，首先，通過設(shè)置通孔，可以精確控制外加光源照射到待測試樣和激光檢測器上的光線范圍。這有助于減少不必要的光線干擾，確保測試過程中只接收與測試相關(guān)的光線信息，從而提高測試的準(zhǔn)確性和可靠性，濾光片的設(shè)計(jì)允許只有特定波長或范圍的光線通過，從而阻擋了可能對激光檢測器造成損害的其他波長光線，這有助于減少因光線干擾而導(dǎo)致的測試誤差，并延長激光檢測器的使用壽命。通過濾光組件的設(shè)置，有效提高測試的準(zhǔn)確性和可靠性。

20、進(jìn)一步的，所述擋板上通孔的直徑為1~2mm，首先，直徑為1~2mm的通孔能夠精確控制通過的光線量，避免過多的光線進(jìn)入測試區(qū)域，從而減少了光線干擾和散射，這有助于確保激光檢測器接收到的是來自待測試樣的直接、清晰的光線信號(hào)，提高了測試的準(zhǔn)確性和精度。小直徑的通孔能夠有效地阻擋來自測試區(qū)域外部的雜散光，這些雜散光會(huì)干擾激光檢測器的正常工作。通過減少雜散光的影響，可以進(jìn)一步提高測試的準(zhǔn)確性和可靠性。

21、進(jìn)一步的，所述濾光片包括吸收濾光片、反射濾光片、復(fù)合濾光片以及帶通濾波片中的任意一種，不同類型的濾光片具有不同的濾光特性，可以滿足不同的測試需求，例如，吸收濾光片通過吸收特定波長的光線來實(shí)現(xiàn)濾光效果，反射濾光片則通過反射特定波長的光線來達(dá)到目的，這種多樣化的濾光效果使得測試裝置能夠應(yīng)對多種測試場景和測試要求。濾光片能夠精確地控制通過的光線波長和強(qiáng)度，從而減少了光線干擾和散射，提高了測試的準(zhǔn)確性和可靠性。不同類型的濾光片對光源和測試環(huán)境的適應(yīng)性不同。例如，帶通濾波片允許特定波長范圍的光線通過，而其他波長的光線則被抑制，這使得它特別適用于需要特定波長光源的測試場景。因此，這種設(shè)置使得測試裝置能夠適應(yīng)不同的光源和測試環(huán)境，提高了測試的靈活性和通用性。

22、進(jìn)一步的，當(dāng)所述濾光片為帶通濾波片時(shí)，濾光片的通帶中心波長與所述激光器發(fā)出的激光波長一致，所述濾光片的通帶半高寬為50nm，可以確保測試過程中只接收與測試相關(guān)的光線信息，減少光線干擾和散射，從而提高測試的準(zhǔn)確性和可靠性。

23、進(jìn)一步的，所述激光檢測器入口處設(shè)有夾持固定組件，所述濾光組件通過所述夾持固定組件設(shè)置在所述kpfm測試儀本體的激光檢測器入口處，夾持固定組件為濾光組件提供了一個(gè)穩(wěn)固的安裝平臺(tái)，確保了濾光組件在測試過程中的穩(wěn)定性和可靠性，這種穩(wěn)定性對于保持濾光性能的一致性至關(guān)重要，因?yàn)槿魏挝⑿〉奈灰苹蛘駝?dòng)都可能影響濾光效果，進(jìn)而影響測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。同時(shí)，夾持固定組件的設(shè)計(jì)易于拆卸和重新安裝，這使得用戶可以方便地更換濾光組件，以適應(yīng)不同的測試需求或進(jìn)行定期的維護(hù)，這種靈活性提高了測試裝置的通用性和可用性；另外，夾持固定組件與濾光組件之間的緊密配合有助于減少光線在通過濾光組件時(shí)的損失和干擾，這種緊密性確保了光線能夠高效地通過濾光組件，進(jìn)入激光檢測器，從而提高了測試的靈敏度和準(zhǔn)確性。

24、進(jìn)一步的，所述測試裝置還包括散熱組件，所述散熱組件用于消散所述外加光源所產(chǎn)生的熱量，外加光源在長時(shí)間工作或高功率輸出時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量熱量，若不及時(shí)散熱，可能導(dǎo)致光源過熱，影響其性能和穩(wěn)定性，甚至造成損壞，散熱組件能夠有效降低光源的工作溫度，確保其在安全范圍內(nèi)運(yùn)行，延長使用壽命。另外，光源的溫度變化可能導(dǎo)致其光譜特性發(fā)生變化，這些變化會(huì)直接影響測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，散熱組件通過保持光源溫度的恒定，有助于確保測試過程中光源光譜特性的一致性，從而提高測試精度；另外，光源過熱可能導(dǎo)致其發(fā)光效率降低、光譜漂移等問題，這些問題會(huì)增加測試過程中的誤差，散熱組件通過有效散熱，減少了因光源過熱而產(chǎn)生的測試誤差，提高了測試結(jié)果的準(zhǔn)確性和重復(fù)性。

25、另外，本發(fā)明還包括一種原位光照kpfm測試方法，采用上述的原位光照kpfm測試裝置，并包括以下步驟開啟kpfm測試儀本體，控制外加光源的出光口與樣品臺(tái)之間的距離為3~5cm，開啟外加光源進(jìn)行測試。此處控制外加光源的出光口與樣品臺(tái)之間的距離為3~5cm，有效實(shí)現(xiàn)待測樣本的激發(fā)，并避免了外加光源產(chǎn)生的熱量對于待測樣本的影響。