导电原子力显微镜的原理及应用

　　导电原子力显微镜(CAFM)是传统原子力显微镜的衍生物，除了力敏感器和力探测器，扫描所用的针尖是导电的，附加一个灵敏电流表。导电原子力显微镜在获取样品表面形貌信息的同时，可以获得和形貌一一对应的局域电导信息。

导电原子力显微镜简介

　　自应用以来，导电原子力显微镜主要用来对电学传输性质各向异性的固体材料进行研究。早期实验，人们使用简陋自制电流测量装置或c-v放大器来获得表面电流密度谱。现在，大多数原子力显微镜制造者提供可以执行导电原子力显微镜的标准模块和配件。但是由于针尖的形状难以进行较逼真的模拟，样品表面功函数的不一致等因素的存在导致了这方面理论研究甚少。

　　随着材料科学工艺的发展和人们对微观领域的掌控能力的进步，作为表面分析技术的一种，导电原子力显微镜越来越多的被广泛用于各个方面，如：半导体材料，薄膜生长形成的位错，载流子截面，电荷注入，纳米碳管的电荷传输性质，硅晶体生长控制等。

导电原子力显微镜研究量子结构电学性质

　　自组织生长锗量子点由于其在低维光电子器件中广泛的运用前景，吸引了世人的注目。对锗量子点的内组分的充分理解和掌握是非常重要的，因为任何在它光学电学性质方面的预测必须建立在对以有的物理实体模型有充分的认识和控制。只有当量子点组分分布得到精确的分析和了解，人们在此基础上进行的模型计算才是可信易操作的，对继续完善更新低维量子结构理论，对理论更好的和实验相结合，指导实验都很重要。

　　很多科学工作者使用不同的分析方法对自组织锗量子点的组分截面分布进行了研究，如X射线衍射，腐蚀，X射线光电子能谱，截面透射电子显微镜等。但是，这些技术存在着缺点，大部分都是对大面积范围内量子点作为一个整体的取其平均信号，或者对样品造成了不可修复的损害;因此，导电原子力显微镜作为一种无损检测手段，人们利用其在纳米范围对不同单个量子点研究的优越性，它已经开始被注意并逐步投入应用。

　　浸润层(大约6～7个原子层的Ge)很薄，和被覆盖的缓冲层中的几个原子层的Si在空气中很容易被氧化，表现出来的特性和氧化了的Si表面接近。在已经氧化了的Si表面，由于表面态密度的存在，费米能级被钉扎在禁带中，导致表面电荷耗尽层的存在。当一个很小的金属针尖与之接触的时候，就形成了一个纳米量级的针尖接触肖特基二极管。常规的肖特基二极管在一个电极加上电压之后，很容易产生正向导通电流;而当样品被加正电压时，电荷耗尽层并没有消失，被接触区域外部的势垒屏蔽了。

　　量子点中电流的传输过程就不一样了。由于Si和Ge之间的禁带宽度的不同，耗尽层势垒在Si缓冲层和Ge量子点界面处存在，可以视为一个异质结。当正电压加在样品的时候，空穴从Si缓冲层到界面处，通过Ge量子点，Z后流向针尖。从样品到针尖的途径中，电阻主要来自于异质结势垒区，量子点扮演的是一个微型电极的角色，可以忽略不计。表面态所引起的屏蔽效应由于微型电极的存在而失去了作用。因此，量子点比点周围的浸润层更容易导电;点越大，电极越大，导电效果越好，所以大量子点比小量子点更容易导电。

影响导电原子力显微镜真实形貌的因素

　　导电原子力显微镜得到的表面形貌往往和实际的形貌还是有一定的差距，原因有很多：

　　①针尖本身具有的形状在测量尺寸相当或比它小的起伏时会引入针尖的形状，针尖在扫描过程中黏附了颗粒也会影响了正常形貌的测量。

　　②反馈回路的增益过大会引入电噪声，在图像中掺杂高频波纹，而增益过小针尖又难以有效的对表面的起伏进行反应，使图像纹路变淡，降低了分辨率，Z常见的在陡坡的上升区有刺状突起，在下降区有阴影凹陷。

　　因此在导电原子力显微镜使用中，需要不断的优化实验条件和扫描参数以得到Z佳的实验结果。