多功能掃描探針顯微鏡之「表面電位顯微鏡 KPFM」
圖一：本中心的多功能掃描探針顯微鏡
表面電位顯微鏡（Kelvin Probe Force Microscopy, KPFM）是本中心多功能掃描探針顯微鏡（Scanning probe microscopes, SPMs），如上圖，衍生的顯微技術之一。SPMs是用於測量樣品表面或截面性質的高解析探針型顯微鏡，根據其成像原理和操作模式的差異，主要分為原子力顯微鏡（Atomic Force Microscopes, AFMs）、導電性原子力顯微鏡（Conductive AFM）、靜電力顯微鏡（Electrostatic Force Microscopy, EFM）、磁力顯微鏡（Magnetic Force Microscopy, MFM）、壓電力顯微鏡（Piezoresponse Force Microscopy, PFM）、表面電位顯微鏡（Kelvin Probe Force Microscopy, KPFM）等。依樣品需求可選擇的操作模式包括：接觸式（contact mode），輕敲式（tapping mode），以及非接觸式（non contact mode），可提供奈米材料表面形貌、表面粗糙度、尺度、電性、硬度、黏滯力等分析。SPMs廣泛應用於產官學各類研究和產品應用，涵蓋了聚合物材料表面結構、整合光路測量、材料力學性能特性、MEMS製程分析、細胞表面形態、結構觀察、資料儲存、液晶材料性能特性、生物感測器、分子自組裝結構、能源等領域的監測。
異質材料的堆疊與混合決定光電半導體元件之效能，本中心的KPFM，可獲得高空間解析之表面/截面形貌與該表面位置的電位影像，具極高的材料的分辨能力以及量測再現性，可作為混合式太陽能電池結構能帶對準優劣的指摽，也可應用於各式合金系統的材料判別與奈米結構表面電荷分佈的分析等。
以鋁-矽-金的試片為例（參見下圖a-d），KPFM可量測出在不同區域的恆定電位（Constant Potential Difference, CPD），再經過校準量測後，到待測樣品的材料功函數（Work Function），如c圖所示。此外，可以藉由所測量的表面形貌（a圖）與表面電位（b圖）的影像疊合，如d圖，用以突顯侷域奈米結構在表面電位上的差異。另外，在掃描表面形貌時，可額外量測材料本身的彈性模量、材料附著力、損耗和變形，以提高複合式材料系統中分辨各別材料元素的判斷能力。
圖二：運用表面電位顯微鏡量測鋁-矽-金試片
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