目前使用的原子力显微镜 (AFM) 种类繁多，从仅使用 AFM 原理的不同成像模式，到基于 AFM 原理并将其与其他分析技术原理相结合的其他方法。后者通常用于测量某些类型材料中的一种或多种特定属性。在本文中，我们将探讨其中一种称为扫描扩散电阻显微镜 (SSRM) 的变体，它在测量材料电阻和推断材料载流子浓度方面有着广泛的应用。

尽管原子力显微镜 (AFM) 种类繁多，但无论其变体、操作模式或成像模式如何，其特定的特性和原理始终保持不变。大多数人熟知的原子力显微镜 (AFM) 仪器与鲜为人知的变体之间的关键区别在于针尖及其与样品的相互作用方式。针尖与样品相互作用的这种差异通常表明，特定变体可以实现这一功能，这也是原子力显微镜 (AFM) 存在众多不同“子集技术”的原因。

什么是扫描扩散电阻显微镜（SSRM）

扫描扩散电阻显微镜 (SSRM) 是原子力显微镜 (AFM) 的一种变体，它采用导电尖端以接触模式结合高力测量表面电阻。其他原子力显微镜变体也使用导电尖端，但它们依赖于测量材料的实际电导率，而不是电阻。此外，SSRM 特意采用了力来最大限度地降低测量中的噪声。

与许多 AFM 变体一样，SSRM 融合了传统 AFM 原理和其他技术原理。SSRM 确定悬臂梁相对位置以构建形貌图的方法与传统 AFM 相同，但针尖与样品之间的相互作用采用了扩散阻力分析 (SRP) 方法的原理。

该技术在测量掺杂半导体和二维材料中的载流子浓度以及提供材料表面的横截面测量方面已得到广泛应用。因此，尽管SSRM的具体应用范围有限，但它在这些专业领域中仍然是一个非常有用且强大的工具。

此外，近年来掺杂半导体的使用显著增长，因此 SSRM 还可以用于采用这些材料的各种设备，例如光电探测器、发光二极管 ( LED )、二极管激光器，以及任何使用二维材料的新技术。

SSRM 的工作原理

SSRM 结合了 AFM 和 SRP 原理。从 AFM 的角度来看，悬臂以接触模式移动，电阻的局部位置以与 AFM 相同的方式确定——通过将激光束从悬臂梁背面偏转到位置敏感光电二极管 (PSPD) 上。

从针尖与样品相互作用的角度来看，它基于SRP方法。然而，大多数SRP方法通常使用双探针系统，而SSRM只需要一个针尖连接到悬臂梁上。原子力显微镜（AFM）还有另一种变体，称为隧道原子力显微镜（TUNA），它采用类似的原理，但SSRM的开发是为了扩大针尖与样品之间的电流范围，从而可以测量表面电阻。SSRM也采用与导电原子力显微镜（C-AFM）相同的原理，唯一的区别在于它扫描的是表面的横截面积，而不是一般意义上的表面扫描。

直流电 (DC) 流过导电尖端，使其在扫描材料表面时起到电极的作用。扫描表面时，SSRM 通过参考内部电阻来测量电流。一旦电流已知，便可使用对数放大器推导出局部电阻值（然后通过上述传统 AFM 方法进行定位）。

电阻以欧姆米为单位计算，即电阻乘以成像横截面积，再除以导电路径的长度。通过将力保持在恒定的设定值，可以同时生成形貌图和电流图像，并可利用此将局部形貌与测量的电特性直接关联起来。在SSRM中，接触力设置为高于最低要求值，这有助于最大限度地降低噪声。如果无法使用更大的力，则需要增加电压偏置。

执行 SSRM 时，有几种不同的模式可供使用。这些模式称为内部 SSRM 和外部 SSRM，它们与所用的电流放大器类型有关。内部 SSRM 是指使用固定增益的电流放大器的模式，而外部 SSRM 是指使用可变增益的外部低噪声电流放大器的模式。外部 SSRM 是一种更通用的模式，因为它可以通过改变放大器的增益来改变电流。

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