Kelvin probe microscopyまたはKPFMは、試料の表面電位または仕事関数をマッピングするための走査型プローブ顕微鏡で利用可能な一連の電気的特性
KPFMは、試料表面の接触電位または仕事関数に関する情報を提供するため、試料の電気的特性に関連するコントラストのメカニズムを提供します。 仕事関数は、固体のフェルミ準位から真空に電子を除去するために必要なエネルギーとして固体状態物理学で定義されています;仕事関数は、したがって、表面の性質であり、バルクではありません。 したがって、KPFMは、表面と表面近傍のみをプローブする表面敏感な方法です。
ケルビンプローブ力顕微鏡は、薄い導電性コーティングを施したカンチレバーを共振周波数で駆動する動的力モードの一種である振幅変調モードで動作します（このモードはタッピングモードとも呼ばれます）。 これらのカンチレバーは安価で市販されています。
KPFMは、シングルパスまたはデュアルパスのいずれかの設定で動作することができます。 シングルパス設定では、チップは一定の高さでサンプルの上を通過します。 AC電圧はロックインアンプによって測定される先端とサンプル間の振動の静電気力を作成するこのパスの間に片持梁に加えられる。 次に、直流電圧を印加して電位をゼロにし、カンチレバー振動を防止します。 この印加された直流電圧は、チップとサンプルとの間の接触電位差の尺度としてマッピングされます。 この電位差は、チップと試料との間の仕事関数の差からも生じる可能性がある。 シングルパスモードの利点は、先端がサンプルに近いため、ケルビン力測定では感度と分解能が高くなりますが、空間分解能が低下する可能性があるこ このKPFMの実装も最速であり（z信号にフィードバックはありません）、チップの摩耗も最小限に抑えます。
デュアルパス設定では、カンチレバーは画像内のすべてのライン上を二度通過します。 最初のパスの間、チップは振幅変調モードで地形をマッピングするので、サンプルと接触しています。 先端はユーザーによって規定される量第2パスのためのサンプルにそれから持ち上がります（この上昇の高さ変数はあらゆるイメージの間に最大限に活用され、普通数または数十ナノメートルです。 最適化には、レバーからの浮遊容量を避けるために、サンプルにできるだけ近くに先端を持つが、サンプルに衝突するほど近すぎないようにするトレードオフが必要である）。 この2番目のパスは、上記で説明したシングルパスの設定に似ています: AC電圧は、プローブを駆動するために、その共振周波数でプローブに印加されます。 この電気作動は最初のパスの地形イメージ投射のための片持梁を運転するのに使用されているpiezo作動と対照をなしてある。 試料表面電位がプローブの電位と異なる場合、結果として生じる静電気力はカンチレバーの機械的振動を引き起こす。 次に、電位帰還ループを通して選択された直流電圧を印加して、チップとサンプルの間の電位の差をゼロにし、これを表面電位として記録します。 二重パスの測定と結合される遅いスキャン率は二重パスモードの単一のイメージのための長い獲得時間をもたらす場合がある。 しかしながら、ＫＰＦＭのこの実装は、最高の空間分解能を提供し、したがって、ＫＰＦＭ画像と表面地形との優れた相関を提供する。 ローカルサンプル仕事関数の量的なKPFMの測定は可能である。 しかし、これには、チップとサンプルとの間の静電相互作用を記述し、チップの仕事関数を知るモデルが必要です。
kpfmの応用
多層グラフェンフレーク上のシングルパスKPFM測定の例を以下に示します。 これらのフレークはグラファイトの機械的剥離とそれに続くシリコン-二酸化ケイ素基板への移動によって合成された。 グラフェンフレーク表面の3次元8mm x8mmの地形図を以下に示します。 この地形図の着色は、ＫＰＦＭ信号、または画像中の接触電位の画像を表す。 紫色またはピンクの対照は緑の対照が低い接触の潜在性の間、高い接触の潜在性です。 この接触電位マップを通して、異なる厚さのフレークの異なる電気的特性は、上の薄いフレークが高い接触電位（青色の着色）を有する一方、他の層が低い接触電位（緑色の着色）を有するので、はっきりと明白である。 このデータはCoreAFMによって収集されました。
デュアルパスKPFM測定の別の例を絶縁酸化物で以下に示します。 この試料では，スイスのクロスパターンで絶縁酸化物表面層上に局所電荷を置いた。 地形の画像は、任意のスイスのクロスパターンの兆候がない左側に表示されています。 右側にはKPFM画像が表示され、kpfmによって提供される表面電位画像が電荷のパターンを明確に示しています。
kpfmとMFMによってイメージされたステンレス鋼に示されているように、電気モードと磁気力顕微鏡ケルビンの調査の力の顕微鏡検査はCoreAFMおよびFlexAFMの製品種目のために利用できる。
