多频率开尔文探针力显微镜的设计
锂离子电池材料常用表征技术
锂离子电池材料常用表征技术在锂离子电池发展的过程当中，我们希望获得大量有用的信息来帮助我们对材料和器件进行数据分析，以得知其各方面的性能。
目前，锂离子电池材料和器件常用到的研究方法主要有表征方法和电化学测量。
电化学测试主要分为三个部分：（1）充放电测试，主要看电池充放电性能和倍率等；（2）循环伏安，主要是看电池的充放电可逆性，峰电流，起峰位；（3）EIS交流阻抗，看电池的电阻和极化等。
1、成分表征（1）电感耦合等离子体（ICP）用来分析物质的组成元素及各种元素的含量。
ICP-AES可以很好地满足实验室主、次、痕量元素常规分析的需要；ICP-MS相比ICP-AES是近些年新发展的技术，仪器价格更贵，检出限更低，主要用于痕量/超痕量分析。
Aurbac等在研究正极材料与电解液的界面问题时，用ICP研究LiC0O2和LiFePO4在电解液中的溶解性。
通过改变温度、电解液的锂盐种类等参数，用ICP测量改变参数时电解液中的Co和Fe含量的变化，从而找到减小正极材料在电解液中溶解的关键[1]。
值得注意的是，若元素含量较高（例如高于20%），使用ICP检测时误差会大，此时应采用其他方式。
（2）二次离子质谱（SIMS）通过发射热电子电离氩气或氧气等离子体轰击样品的表面，探测样品表面溢出的荷电离子或离子团来表征样品成分。
可以对同位素分布进行成像，表征样品成分；探测样品成分的纵向分布Ota等用TOF—SIMS技术研究了亚硫酸乙烯酯作为添加剂加到标准电解液后，石墨负极和LiC0O2正极表面形成SEI膜的成分[2]。
Castle等通过SIMS探测V2O5在嵌锂后电极表面到内部Li+的分布来研究Li+在V2O5中的扩散过程[3]。
（3）X射线光子能谱（XPS）由瑞典Uppsala大学物理研究所Kai Siegbahn教授及其小组在20 世纪五六十年代逐步发展完善。
X射线光电子能谱不仅能测定表面的组成元素，而且还能给出各元素的化学状态信息，能量分辨率高，具有一定的空间分辨率（目前为微米尺度）、时间分辨率（分钟级）。
开尔文原子力显微镜探针功函数
开尔文原子力显微镜探针功函数开尔文原子力显微镜（Kelvin probe force microscope, KPFM）是一种用于表面电荷分布和功函数测量的高分辨率显微镜。
它在纳米尺度上能够准确测量材料表面的功函数变化，为研究材料的电子结构和表面性质提供了重要的工具。
本文将从深度和广度两个方面对开尔文原子力显微镜探针功函数进行全面评估，并撰写一篇有价值的文章。
“开尔文原子力显微镜探针功函数”这一主题是当前表面科学和纳米技术领域的热点研究内容。
通过使用开尔文原子力显微镜，可以实现对材料表面电荷状态、功函数分布等重要参数的高分辨率测量，这对于材料科学、物理学以及新能源材料的研究具有重要的意义。
让我们从理论基础开始，了解什么是开尔文原子力显微镜探针功函数。
开尔文原子力显微镜是通过测量表面力效应来研究表面电荷状态和功函数分布的一种显微镜技术。
它利用原子力显微镜的探针和电势探测器来实现对样品表面电荷分布的测量，并且能够直接测量样品表面的功函数。
这种技术的发展，为研究表面物理和材料科学提供了一种全新的手段。
我们需要了解开尔文原子力显微镜探针功函数的核心原理和关键技术。
在开尔文原子力显微镜中，探针的尖端被加上金属涂层，利用金属与样品之间的接触电势差测量样品表面的功函数。
通过调节探针和样品之间的距离，可以实现对样品表面功函数的准确测量。
还可以利用开尔文原子力显微镜的扫描模式，实现对样品表面电荷状态和功函数分布的高分辨率成像，从而获得关于样品表面电子结构和性质的重要信息。
在实际应用中，开尔文原子力显微镜探针功函数已经被广泛应用于材料科学、纳米技术和半导体器件的研究领域。
利用开尔文原子力显微镜探针功函数可以对太阳能电池、光电器件等新能源材料的电荷分布和功函数进行准确测量，为这些材料的优化设计和性能改进提供重要的参考。
在纳米材料和纳米器件的研究中，开尔文原子力显微镜探针功函数也发挥了重要作用，为研究人员提供了对材料表面电子结构和性质的全新认识。
原子序数00459：开尔文探针力测量
开尔文探针测量图1:形貌图这是表面成像的形貌图。
形貌图是由一个粗糙的地面层及顶部直径为100nm的原形纳米颗粒组成的。
图2：相位这个成像显示的是样品表面的相对比测量，由于和形貌图在相同的位置上，所以记录也是同时进行的。
相对比技术以刚度和能量消耗的角度出发帮助进行定量测量材料的不同。
它显示了纳米颗粒的刚度与子层（下层）相比确实不一样。
图3：静态（开尔文）电压这个成像显示的是表面局部静电压（开尔文）的分布，而且由于是和形貌图和相位成像具有相同的位置，数据的记录和他们一样是同时进行的。
测量显示了纳米颗粒不仅在弹性方面存在不同，而且在静态电压方面也存在不同。
更为甚之的是地面层的一些区域在静态电压方面也存在不同。
测量装置这成像的记录是在多模式原子力显微镜在动态力模式下用静电力显微镜悬臂（75kHz共振频率）完成的。
开尔文探针参考信号有1400Hz的频率和300mV.的幅度。
关于此类的组织构建在下面的计划表中有所显示：Lock In：锁进Signal in：信号进Amplitude out(X)：幅度出Reference out：基准（参考）出User Input：用户输入Tip Input：针尖输入Scan Head：扫描头Deflection Output：偏转输出PC：个人电脑Controller + Signal Module：控制器+信号模块Tip Voltage：针尖电压Detector：检测器Cantilver：悬臂梁Sample：样品KPFM CP Image：开尔文探针力显微镜恒压成像Topography Image：形貌成像Extracted profile:抽象图Horizontal distance :水平距离图片省略。
基于开尔文探针技术的磷酸铁锂表面势研究
基于开尔文探针技术的磷酸铁锂表面势研究
杨文宇;林志雅;付红;颜文悦;林建平;关贵清
【期刊名称】《无机盐工业》
【年(卷),期】2022(54)11
【摘要】依托新颖的表面表征技术开尔文探针力显微镜(KPFM)获悉磷酸铁锂表面势的情况,以期深入研究锂离子在磷酸铁锂表面的动力学行为。
研究结果表明,磷酸铁锂薄膜在常温下的功函数为5.38 eV,并且其功函数随着外界温度的上升而呈现出逐渐下降的趋势,在80℃时的功函数为4.69 eV。
此现象意味着高温状况下的磷酸铁锂具有较好的电子迁移能力。
此外,非原位的开尔文探针检测发现不同电压平衡状态下的磷酸铁锂具有不同的表面功函数。
充电至4.3 V时,磷酸铁锂功函数为4.91 eV,放电至2.5 V时,功函数稳定在5.01 e V。
显然,磷酸铁锂的功函数非常敏感于表面的锂离子脱出量。
研究从功函数的新角度探究磷酸铁锂表面的锂离子动力学行为,期望能够为其他储能材料的脱锂过程研究提供参考。
【总页数】6页(P65-70)
【作者】杨文宇;林志雅;付红;颜文悦;林建平;关贵清
【作者单位】宁德师范学院数理学院
【正文语种】中文
【中图分类】TM912.9
【相关文献】
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利用扫描开尔文探针显微镜观察薄膜光电器件能级排布
利用扫描开尔文探针显微镜观察薄膜光电器件能级排布刘继翀;唐峰;叶枫叶;陈琪;陈立桅【期刊名称】《物理化学学报》【年(卷),期】2017(033)010【摘要】Understanding the energy band alignment across multiple layers in thin-film optoelectronic devices is extremely important because it governs elementary optoelectronic processes,such as charge carrier generation,separation,transport,recombination and collection.This monograph summarizes recent progress in visualization of energy band alignment in thin-film optoelectronic devices,such as organic solar cells (OSCs) and organic-inorganic perovskite photodetectors from our group by using scanning Kelvin probe microscopy (SKPM).Since active layers are enclosed by the top and bottom electrodes in vertically stacked devices,it is highly challenging to study the energy band alignment under operando conditions.Thus,cross-sectional SKPM has been developed to resolve this challenge.The results demonstrated that the interlayer was one of the most important factors for adjusting energy band alignment,determining device polarity and improving device performance.The characterization methods described in this monograph are poised to be widely applied to research in various thin-film optoelectronic devices,such as photovoltaicdevices,photodetectors and light-emitting diodes (LEDs),especially those devices with tandem structures.%薄膜光电器件的能级结构直接决定了载流子的产生、分离、传输、复合和收集等微观动力学过程,从而决定了器件性能.因此准确获取器件能级结构,是深入理解器件工作机制、推动器件技术革新的重要科学依据.此专论系统地介绍了本课题组利用扫描开尔文探针显微镜(SKPM)表征薄膜光电器件如有机太阳能电池、有机-无机钙钛矿光探测器等器件中界面能级结构的工作.垂直型薄膜器件中的活性材料层被顶电极与底电极封闭,通常难以直接在器件工况下测量其中的界面能级排布,我们发展了横截面SKPM技术来解决这一难题.研究表明,界面层是调控器件能级结构、决定器件极性、提高器件性能的重要手段.本文介绍的表征技术有望在各种薄膜光电器件,诸如光伏器件、光探测器、发光二极管,尤其是各种叠层构型器件的研究中展现出广阔的应用前景.【总页数】10页(P1934-1943)【作者】刘继翀;唐峰;叶枫叶;陈琪;陈立桅【作者单位】中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所国际实验室,中国科学院纳米科学卓越中心,江苏苏州215123;中国科学院大学,北京100049;中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所国际实验室,中国科学院纳米科学卓越中心,江苏苏州215123;中国科学院大学,北京100049;中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所国际实验室,中国科学院纳米科学卓越中心,江苏苏州215123;中国科学技术大学化学系,合肥230026;中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所国际实验室,中国科学院纳米科学卓越中心,江苏苏州215123;中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所国际实验室,中国科学院纳米科学卓越中心,江苏苏州215123【正文语种】中文【中图分类】O647【相关文献】1.世界光电器件和集成光电器件发展扫描 [J], 赵梓森2.铜铅合金的扫描开尔文探针显微镜研究 [J], 周强;谢中;王祝盈;陈小林;王岩国3.利用铁电薄膜研究体异质结型有机光伏器件的光电流极性 [J], 李博4.基于扫描开尔文探针力显微镜的金属中局部氢分布测试方法研究 [J], 顾超华;朱盛依;郑津洋;李炎华;张林;骆承法;花争立5.AZ91D镁合金电偶腐蚀的扫描开尔文探针原位表征 [J], 肖葵;董超芳;魏丹;李晓刚因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
锂离子电池材料常用表征技术
锂离子电池材料常用表征技术在锂离子电池发展的过程当中，我们希望获得大量有用的信息来帮助我们对材料和器件进行数据分析，以得知其各方面的性能。
目前，锂离子电池材料和器件常用到的研究方法主要有表征方法和电化学测量。
电化学测试主要分为三个部分：（1）充放电测试，主要看电池充放电性能和倍率等；（2）循环伏安，主要是看电池的充放电可逆性，峰电流，起峰位；（3）EIS交流阻抗，看电池的电阻和极化等。
1、成分表征（1）电感耦合等离子体（ICP）用来分析物质的组成元素及各种元素的含量。
ICP-AES可以很好地满足实验室主、次、痕量元素常规分析的需要；ICP-MS相比ICP-AES是近些年新发展的技术，仪器价格更贵，检出限更低，主要用于痕量/超痕量分析。
Aurbac等在研究正极材料与电解液的界面问题时，用ICP研究LiC0O2和LiFePO4在电解液中的溶解性。
通过改变温度、电解液的锂盐种类等参数，用ICP测量改变参数时电解液中的Co和Fe含量的变化，从而找到减小正极材料在电解液中溶解的关键[1]。
值得注意的是，若元素含量较高（例如高于20%），使用ICP检测时误差会大，此时应采用其他方式。
（2）二次离子质谱（SIMS）通过发射热电子电离氩气或氧气等离子体轰击样品的表面，探测样品表面溢出的荷电离子或离子团来表征样品成分。
可以对同位素分布进行成像，表征样品成分；探测样品成分的纵向分布Ota等用TOF—SIMS技术研究了亚硫酸乙烯酯作为添加剂加到标准电解液后，石墨负极和LiC0O2正极表面形成SEI膜的成分[2]。
Castle等通过SIMS探测V2O5在嵌锂后电极表面到内部Li+的分布来研究Li+在V2O5中的扩散过程[3]。
（3）X射线光子能谱（XPS）由瑞典Uppsala大学物理研究所Kai Siegbahn教授及其小组在20 世纪五六十年代逐步发展完善。
X射线光电子能谱不仅能测定表面的组成元素，而且还能给出各元素的化学状态信息，能量分辨率高，具有一定的空间分辨率（目前为微米尺度）、时间分辨率（分钟级）。
开尔文探针力显微镜原理
开尔文探针力显微镜原理
开尔文探针力显微镜（Kelvin probe force microscope，KPFM）是一种基于原子力显微镜（AFM）的表面分析技术，它可以测量样品表面的电势分布和电荷转移。
其原理基于开尔文电势的测量，即通过测量样品表面与参考电极之间的电势差来确定样品表面的电势分布。
KPFM的工作原理可以分为以下几个步骤：1. 将探针放置在样品表面上，并通过AFM的力探测系统测量探针与样品之间的力。
2. 在探针与样品之间施加一个交变电压，使得探针表面的电荷在交变电场的作用下发生振荡。
3. 通过测量探针表面的振荡频率和振幅，可以确定探针表面的开尔文电势。
4. 将参考电极放置在样品表面附近，通过测量参考电极与样品之间的电势差，可以确定样品表面的电势分布。
KPFM可以用于研究各种材料的表面电学性质，例如半导体、金属、有机分子等。
它可以提供有关样品表面电势分布和电荷转移的信息，这对于理解材料的电学性质和表面反应机制非常重要。
原子序数00459：开尔文探针力测量
开尔文探针测量图1:形貌图这是表面成像的形貌图。
形貌图是由一个粗糙的地面层及顶部直径为100nm的原形纳米颗粒组成的。
图2：相位这个成像显示的是样品表面的相对比测量，由于和形貌图在相同的位置上，所以记录也是同时进行的。
相对比技术以刚度和能量消耗的角度出发帮助进行定量测量材料的不同。
它显示了纳米颗粒的刚度与子层（下层）相比确实不一样。
图3：静态（开尔文）电压这个成像显示的是表面局部静电压（开尔文）的分布，而且由于是和形貌图和相位成像具有相同的位置，数据的记录和他们一样是同时进行的。
测量显示了纳米颗粒不仅在弹性方面存在不同，而且在静态电压方面也存在不同。
更为甚之的是地面层的一些区域在静态电压方面也存在不同。
测量装置这成像的记录是在多模式原子力显微镜在动态力模式下用静电力显微镜悬臂（75kHz共振频率）完成的。
开尔文探针参考信号有1400Hz的频率和300mV.的幅度。
关于此类的组织构建在下面的计划表中有所显示：Lock In：锁进Signal in：信号进Amplitude out(X)：幅度出Reference out：基准（参考）出User Input：用户输入Tip Input：针尖输入Scan Head：扫描头Deflection Output：偏转输出PC：个人电脑Controller + Signal Module：控制器+信号模块Tip Voltage：针尖电压Detector：检测器Cantilver：悬臂梁Sample：样品KPFM CP Image：开尔文探针力显微镜恒压成像Topography Image：形貌成像Extracted profile:抽象图Horizontal distance :水平距离图片省略。
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多频率开尔文探针力显微镜的设计何万贤;梁仲文;丁喜冬【摘要】本文研究开尔文探针力显微镜(KPFM)中多频率方法的实现。
KPFM中的多频率方法同时激发微悬臂探针的第一次和第二次的本征机械振动模式并分别用于样品形貌和表面电势成像。
据此，本文设计了一种基于传统比例-积分控制器基本原理的模拟式反馈控制器，用以实现探针的调控。
测试表明，该反馈控制器带宽可达约5 kHz，并利用该反馈控制器研制出了多频率KPFM，其电势测量灵敏度优于5 mV。
利用该多频率KPFM，对注入电荷后的介电薄膜样品进行测试，一次成像即可得到样品的形貌图及局域电势的二维分布图。
该多频率KPFM技术可广泛应用于电子材料与器件的电特性表征。
%A realization of the multi-frequency technique for Kelvin Probe Force Microscopy (KPFM) is studied. In the multi-frequency KPFM, the first eigenmode of the cantilever probe is used for topographic imaging, while the second one is resonantly excited for surface potential. Thus, an additional feedback is needed to adjust the probe automatically. An analog feedback controller with bandwidth of about 5 kHz is designed based on the principle of conventional Proportional-integral Controller (PIC). Employing the controller, a novel multi-frequency KPFM is developed, whose sensitivity for surface potential measurement is demonstrated to be better than 5 mV. Topography and surface potential distribution for a kind of dielectric film with the injection of charge are imaged with the multi-frequency KPFM, suggesting its application in the characterization of electrical material and devices.【期刊名称】《光电工程》【年(卷),期】2015(000)011【总页数】6页(P31-36)【关键词】开尔文探针力显微镜;多频率;反馈;原子力显微镜【作者】何万贤;梁仲文;丁喜冬【作者单位】中山大学物理科学与工程技术学院，广州 510275; 中山大学-卡内基梅隆大学国际联合研究院，广东顺德528399;中山大学物理科学与工程技术学院，广州 510275;中山大学物理科学与工程技术学院，广州 510275; 中山大学-卡内基梅隆大学国际联合研究院，广东顺德 528399【正文语种】中文【中图分类】TH7420 引言静电力显微镜(EFM)[1]及开尔文探针力显微镜(KPFM)[2]均为基于原子力显微镜(AFM)的技术，已广泛应用于金属、半导体、介电、有机等材料的电特性表征。
KPFM是在仅能测量静电力相对大小的EFM之上增加一个反馈控制器以自动产生补偿偏压，使得静电力为零，从而可实现局域电势及其分布的定量测量。
真空下EFM和KPFM具有较高的图像分辨率，可达纳米量级[3]；而在大气环境下通常仅有30～100 nm水平[4]。
近来，原子力显微镜正经历着从探针的单频率激发到多频率激发的技术变革，出现了所谓“多频率原子力显微镜”[5]。
为提高仪器性能，多频率技术已应用于大气环境的EFM中[6-8]。
2008年，Stark RW等人率先研究了多频率技术在大气环境EFM中的应用[6]。
Palacios-Lidón E等人则研究了大气环境下多频率KPFM的小振幅激发和检测技术[7]。
2009年，Ding X D等人研究了多频率EFM中的探针抬起和两遍扫描的工作模式，并将在大气环境EFM的横向分辨率提高到15 nm 左右[8]。
原理上，原子力显微镜中的多频率技术亦可应用于大气环境的KPFM，进而研制出大气环境的多频率KPFM。
本研究小组之前曾研究和报道过大气环境的多频率KPFM的原理和应用[13]，但对于大气环境多频率KPFM的具体设计和实现，迄今尚未见文献报道。
因此，本文研究大气环境下多频率KPFM实现，特别是其反馈控制关键技术的研发。
传统的KPFM利用微悬臂探针的第一次本征机械振动模式测量形貌和表面电势，而多频率KPFM则同时激发和检测微悬臂探针的第一次和第二次(或更高次)的本征机械振动模式并分别用于形貌和表面电势的测量成像。
为此，多频率KPFM中需要一个额外的反馈控制器以实现探针的第二次(或更高次)本征机械振动模式的调控；该反馈控制器通过调节施加于探针及样品之间的补偿电压以自动调控探针第二次(或更高次)机械振动的幅度。
传统AFM和KPFM中的反馈控制器已不再满足多频率KPFM的控制要求，故研制多频率KPFM需研制新的反馈控制器。
本文所研制的多频率KPFM是基于本研究小组曾研制出的多频率EFM之上完成的[8]。
为简化设计，多频率KPFM反馈控制器的设计采用了常见的比例-积分控制器(PIC)，以模拟电路实现；使用该反馈控制器，在日本精工公司生产的SPA300HV 原子力显微镜基础上，我们率先改进研制了一套新型的大气环境KPFM即多频率KPFM。
1 原理和实验装置1.1 多频率KPFMEFM和KPFM是在导电原子力显微镜的基础上发展起来的。
为测量样品表面电势，需在探针-样品之间施加一个带直流偏置U dc的交变电压信号U b：式中：C(z)和z分别为探针与样品间的电容和间距，U cpd为接触电势差。
总静电力中频率为f mod的分量为EFM无需施加直流偏置(即U dc＝0)而直接用Ffmod 信号成像，故无需额外的反馈。
KPFM则需要增加一个反馈回路以产生偏压Ub使Ffmod在扫描时保持接近零的最小值；这时根据式(3)应有Udc＝Ucpd，因而偏压信号Udc的二维图像就是样品的电势分布图。
AFM微悬臂探针有多个本征机械振动模式。
传统KPFM采用两遍扫描方式，利用微悬臂探针的第一本征机械振动模式进行两次测量。
多频率KPFM则利用微悬臂探针的第二本征机械振动模式进行表面电势成像，形貌成像则仍采用第一本征机械振动模式。
通常，AFM探针的第二本征机械振动模式的频率(f2)约为第一本征机械振动模式(f1)的6.2倍[9]。
研制多频率KPFM需设计一套新的反馈控制器以便在成像时自动调控AFM探针的第二本征机械振动。
1.2 实验装置实验装置是在日本精工公司生产的SPA300HV型原子力显微镜上改造而成，所有实验均在大气环境和室温下进行。
所研制的多频率KPFM及其反馈的原理框图如图1所示。
偏压施加于样品上，探针接地。
静电力信号的激发和测量采用商用的锁相放大器(7280型，美国SignalRecover公司生产)。
实验所用探针为日本精工的DF3-A型镀金导电探针，弹性系数约为1.7N/m，实验测得f1=23.528 kHz、f2=147.344 kHz，品质因数Q1=160、Q2=374。
用于形貌成像的激发信号的频率为f1，静电力激发信号的频率为f2。
测量表面电势时，探针振动为两个频率的机械振动的叠加。
图1 多频率KPFM及其反馈的原理框图Fig.1 KPFM principle of multi-frequency and its feedback system1.3 反馈原理图1中多频率KPFM的锁相放大器输出U es是与静电力分量Ff mod幅度成正比的电压信号。
KPFM反馈控制器的作用即为自动调节偏置电压U dc使静电力信号U es始终保持为接近零的最小值。
根据式(3)，静电力信号U es与样品偏压U dc 的关系如图2所示。
可见，在静电力信号U es极小值附近，U dc的微小变化将使它们之间的相位关系反转，即当U dc大于U cpd时相位为负，反之为正。
KPFM反馈控制的算法常见有相位检测法和幅度检测法。
相位检测法将静电力分量F fmod的相位信号作为反馈控制器的输入信号来调节偏压U dc。
TakahashiT 等人研究了KPFM反馈的相位检测法[10]。
幅度检测法则将静电力的振幅信号U es作为反馈控制器的输入信号。
这时反馈控制器需根据U dc和U cpd的相对大小频繁地切换反馈极性。
这使反馈控制算法变得复杂。
幅度检测的反馈可采用数字和模拟两种方案实现。
数字式反馈通过程序完成反馈算法，使用较为方便。
但考虑到数字反馈成本较高且易受数字电路的干扰而影响测量精度[11]，特此本文设计的多频率KPFM反馈控制器采用模拟方式。
为避免模拟反馈中输出信号极性的频繁切换，本小组对其进行了改进。
如图2中所示，改进后的反馈将静电力信号U es的跟踪目标改为设置在一个静电力非零的位置，即反馈锁定时U dc≠U cpd。
该非零设置所引起的电势测量值的差异可在输出前补偿。
这样可简化电路的设计并避免控制的不稳定。
经过上述改进后，无需频繁切换输出信号极性，因此，工业控制中广泛应用的PIC算法可用于多频率KPFM反馈[12]。
由于PIC技术已经很成熟，本文采用PIC算法的KPFM反馈控制器具有性能稳定、成本低廉和实现方便等优点。
图2 KPFM反馈控制原理图Fig.2 Schematics of KPFM feedback2 反馈的设计、实现和调试2.1 总体设计图3为多频率KPFM的反馈控制器的总体设计框图(虚线框部分是反馈控制器)，其核心组成部分为PIC。
非零设置点参考电压与控制器的输入信号U es相减得到的误差信号作为PIC的输入，PIC的输出U dc一方面作为偏压施加于样品上，另一方面经过较正后作为接触电势U cpd输出成像。
2.2 电路实现多频率KPFM反馈控制的核心是PIC模块，其电路原理如图4所示。
通用运算放大器AD845构成比例电路，高输入阻抗的运算放大器OPA128构成积分电路。
比例电路输出与误差信号成比例关系，可调节响应速度；积分电路可消除输出的稳态误差。