JPH03210470A - 材料表面の検査方法及びその装置 - Google Patents
材料表面の検査方法及びその装置Info
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- JPH03210470A JPH03210470A JP361790A JP361790A JPH03210470A JP H03210470 A JPH03210470 A JP H03210470A JP 361790 A JP361790 A JP 361790A JP 361790 A JP361790 A JP 361790A JP H03210470 A JPH03210470 A JP H03210470A
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- measuring
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、大気腐食等による材料劣化の検出。
吸着物質等による材料表面の局部的な状態変化の検出方
法及びその測定装置に関する。
法及びその測定装置に関する。
エレクトロニクス製品には、信号の伝達や記録のために
様々な金属や半導体が用いられている。
様々な金属や半導体が用いられている。
これらの製品は多様な環境下で使用されるので、大気中
に含まれている水分、Sow等の腐食性ガス、はこりや
NaCl2等の微粒子の作用により腐食が生じる。これ
らの製品に使用されている金属や半導体の大部分は薄膜
であるため、極微量の局部的な腐食が生じても製品に不
良が発生する可能性がある。従って、エレクトロニクス
製品の信頼性の維持管理のために、これらに用いられて
いる材料の大気中における腐食の評価技術を確立するこ
とが必要である。さらに、大気中における腐食は材料表
面の局部的な吸着物質や結露水等を起点にして発生する
ことが多いので、これら材料表面に局部的に吸着した物
質や結露水等の評価技術を確立することが必要である。
に含まれている水分、Sow等の腐食性ガス、はこりや
NaCl2等の微粒子の作用により腐食が生じる。これ
らの製品に使用されている金属や半導体の大部分は薄膜
であるため、極微量の局部的な腐食が生じても製品に不
良が発生する可能性がある。従って、エレクトロニクス
製品の信頼性の維持管理のために、これらに用いられて
いる材料の大気中における腐食の評価技術を確立するこ
とが必要である。さらに、大気中における腐食は材料表
面の局部的な吸着物質や結露水等を起点にして発生する
ことが多いので、これら材料表面に局部的に吸着した物
質や結露水等の評価技術を確立することが必要である。
金属材料の全体的な大気腐食速度をモニタする技術には
、例えば、特開昭63−83659号公報に記載の様に
、金属板を絶縁物を介して積層し、電極の腐食抵抗、あ
るいは、電極間に流れる腐食電流を電気化学的に測定す
ることにより、金属の腐食速度を求める方法が知られて
いる。又、金属材料の局部的な腐食をモニタする技術に
は、例えば、特開昭60−233540号に記載の様に
、水溶液中で金属表面垂直方向に、金属表面と距離を一
定に保つ様に、電極をZ軸位置決めセンサと共にX−Y
−Z軸ステージに取付け、X−Y方向に走査し電位差を
測定し、得られた電位差を電流密度に変換し、腐食速度
を求める方法が知られている。
、例えば、特開昭63−83659号公報に記載の様に
、金属板を絶縁物を介して積層し、電極の腐食抵抗、あ
るいは、電極間に流れる腐食電流を電気化学的に測定す
ることにより、金属の腐食速度を求める方法が知られて
いる。又、金属材料の局部的な腐食をモニタする技術に
は、例えば、特開昭60−233540号に記載の様に
、水溶液中で金属表面垂直方向に、金属表面と距離を一
定に保つ様に、電極をZ軸位置決めセンサと共にX−Y
−Z軸ステージに取付け、X−Y方向に走査し電位差を
測定し、得られた電位差を電流密度に変換し、腐食速度
を求める方法が知られている。
上記従来技術の方法では、次の様な課題がある。
すなわち、金属材料の大気中における全体的な腐食速度
を測定する技術、及び、水溶液中における局部的な電位
、及び、腐食速度を測定する技術は公知であるが、大気
中における局部的な腐食状態を測定することが困菫であ
った。
を測定する技術、及び、水溶液中における局部的な電位
、及び、腐食速度を測定する技術は公知であるが、大気
中における局部的な腐食状態を測定することが困菫であ
った。
この様に従来の方法は、エレクトロニクス製品等が実際
に使用される環境である大気中における材料の局部的な
腐食を評価する方法がないというvlA題があった。
に使用される環境である大気中における材料の局部的な
腐食を評価する方法がないというvlA題があった。
本発明の一つの目的は、大気中において腐食等により局
部的に劣化した材料における劣化の発生位置、及び、劣
化状態を測定する方法を提供することにある。
部的に劣化した材料における劣化の発生位置、及び、劣
化状態を測定する方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、材料表面の吸着物質や結露水等に
よる局部的な状態変化の位置、及びその状態を測定する
方法を提供することにある。
よる局部的な状態変化の位置、及びその状態を測定する
方法を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、材料表面の局部的な状態変
化を測定する測定装置を提供することにある。
化を測定する測定装置を提供することにある。
上記目的は、まず、微小部分の計測を行うための基準電
極として、測定面が平滑な円筒形のミクロ電極を用いる
こと、及び、その基準電極を用いて基準電極と被測定物
間の距離を一定に保ち被測定物上を走査し、微小部分の
仕事関数を測定し。
極として、測定面が平滑な円筒形のミクロ電極を用いる
こと、及び、その基準電極を用いて基準電極と被測定物
間の距離を一定に保ち被測定物上を走査し、微小部分の
仕事関数を測定し。
その結果から被測定物の局部的な状態変化を知ることに
より達成される。
より達成される。
仕事関数は、N個の電子を含む固体から電子を一個取り
出し無限遠方に持っていくのに必要なエネルギである。
出し無限遠方に持っていくのに必要なエネルギである。
この仕事関数φは、
$ = −(Es−Ex−i)= (δE/a
N)t=−fi・・・(1) で表わされ、これは化学反応の進行の指針となる化学ポ
テンシャルμの等号を変えたものに等しい。
N)t=−fi・・・(1) で表わされ、これは化学反応の進行の指針となる化学ポ
テンシャルμの等号を変えたものに等しい。
又、この仕事関数は固体表面上に物質が物理吸着するこ
とによっても変化するので、仕事関数を測定することに
より、固体表面上の化学変化や物理変化の状態を知るこ
とができる。
とによっても変化するので、仕事関数を測定することに
より、固体表面上の化学変化や物理変化の状態を知るこ
とができる。
空気中で金属M上にM”X−の水溶液が薄層水膜として
存在する系を考えるとき、Mの水膜上への溶解による自
由エネルギ変化は、平衡状態では零でなければならず、 ΔG=ΔGNaP+ΔG501v十ニー−(−qC□/
、)=O・・・(2) で表わされる。ここでΔG ”’はMの気化による自由
エネルギ変化、ΔG50IVはMイオンの溶媒和による
自由エネルギ変化、■はイオン化電位、qは電荷、El
/、はM/M+半電池の起電力、すなわち−(−q E
sh )は溶液の自由表面のすぐ外側の静電位からMの
フェルミレベルまでの遷移による自由エネルギ変化であ
る。又、半電池の起電力は、水膜に接するM表面と溶液
との静電位差Vと仕事関数φにより、 61ム=■−φ ・・・(3)で表
わされるので、(2)及び(3)式より半電池の起電力
は、 6t/、=V−m= −(AG”’−1aG”1v+
IJ/q・・・(4) となる。
存在する系を考えるとき、Mの水膜上への溶解による自
由エネルギ変化は、平衡状態では零でなければならず、 ΔG=ΔGNaP+ΔG501v十ニー−(−qC□/
、)=O・・・(2) で表わされる。ここでΔG ”’はMの気化による自由
エネルギ変化、ΔG50IVはMイオンの溶媒和による
自由エネルギ変化、■はイオン化電位、qは電荷、El
/、はM/M+半電池の起電力、すなわち−(−q E
sh )は溶液の自由表面のすぐ外側の静電位からMの
フェルミレベルまでの遷移による自由エネルギ変化であ
る。又、半電池の起電力は、水膜に接するM表面と溶液
との静電位差Vと仕事関数φにより、 61ム=■−φ ・・・(3)で表
わされるので、(2)及び(3)式より半電池の起電力
は、 6t/、=V−m= −(AG”’−1aG”1v+
IJ/q・・・(4) となる。
被測定物Mと基準電極Rが接続され、MとRとのフェル
ミレベル等が等しくなると、 VM−φ−=VR−φR φ阿:VMR+φR・・・(5) となる。ここでVOR(: VM −VR)は被測定物
と基準電極との接触電位差である。もし、空気中におけ
る基準電極の仕事関数φRが既知であるならば、接触電
位差VMRを測定することにより、被測定物の仕事関数
φHを知ることができる。
ミレベル等が等しくなると、 VM−φ−=VR−φR φ阿:VMR+φR・・・(5) となる。ここでVOR(: VM −VR)は被測定物
と基準電極との接触電位差である。もし、空気中におけ
る基準電極の仕事関数φRが既知であるならば、接触電
位差VMRを測定することにより、被測定物の仕事関数
φHを知ることができる。
仕事関数を測定する方法の一つとしてケルビン法がある
。これは、被測定物の測定表面を基準電極の測定面と平
行になるように対向させ両者を導線で接続すると、両者
の間に接触電位差が生じ、二つの導体面で構成されたコ
ンデンサに電荷が誘起される。この被測定物と基準電極
とに外部がら電圧VEXを加えると、誘起された電荷Q
は次式で与えられる。
。これは、被測定物の測定表面を基準電極の測定面と平
行になるように対向させ両者を導線で接続すると、両者
の間に接触電位差が生じ、二つの導体面で構成されたコ
ンデンサに電荷が誘起される。この被測定物と基準電極
とに外部がら電圧VEXを加えると、誘起された電荷Q
は次式で与えられる。
Q:C(VMR−V+:x)=C((φx−$R)/
(1−VEX)・・・(6) 外部電圧VEXを調整して電荷Qが零になるところを見
出せば、その時、vEx=vMRとなる。この測定結果
と、あらかじめ求めておいた基準電極の仕事関数φRと
から(5)式により被測定物の仕事関数φ呂を知ること
ができる。
(1−VEX)・・・(6) 外部電圧VEXを調整して電荷Qが零になるところを見
出せば、その時、vEx=vMRとなる。この測定結果
と、あらかじめ求めておいた基準電極の仕事関数φRと
から(5)式により被測定物の仕事関数φ呂を知ること
ができる。
以下、本発明を実施例により説明する。
第1図は本発明装置の構成図である。円筒形の基準電極
1は測定面を平滑に仕上げ基準電極台座9の一端に取付
けられている。基準電極は、例えば、Auの様に仕事関
数の値が温度、湿度や大気ガス組成の変化による影響を
受は難いものが適している。そして、この基準電極は、
電極を振動させ仕事関数を測定するため、及び、電極位
置の微調整をするために、x−y−z二方向に移動可能
な圧電素子8に取付けられる。
1は測定面を平滑に仕上げ基準電極台座9の一端に取付
けられている。基準電極は、例えば、Auの様に仕事関
数の値が温度、湿度や大気ガス組成の変化による影響を
受は難いものが適している。そして、この基準電極は、
電極を振動させ仕事関数を測定するため、及び、電極位
置の微調整をするために、x−y−z二方向に移動可能
な圧電素子8に取付けられる。
次に、被測定物と基準電極の配置、及び、測定方法につ
いて述べる。
いて述べる。
被測定物と基準電極との間に迷走電気容量が生じるのを
防ぐために、基準電極の測定面と被測定物との距離が、
円筒形の基準電極の測定面の直径の115以内になる様
に基準電極をx−y−z軸ステージ3により調整して測
定を行なう。これにより基準電極測定面に対向した被測
定物表面の状態を正しく把握することができる。この様
に配置した基準電極を発振器6により振動を加え、基準
電極と被測定物との距離を周期的に変え、基準電極と試
料2により構成されるコンデンサの電気容量に周期的変
化を与える。言うまでもなく、基準電極を振動させると
き、基準電極が試料に接触してはならない。これにより
電荷の時間変動が生じ、i = d Q/ d t =
(VMs−Vpx)d c/ d t −(7)によっ
て表される電流iを回路に流す。この電流を前置増幅器
4により増幅し、ロックイン増幅器5により位相検波し
、交流電圧の振幅に比例する直流電圧を得る。この出力
を積分器7により積分し基準電極に戻せば、VMR−V
Ex=Oになる様に自動的に帰還が働き、このときのロ
ックイン増幅器の直流出力電圧VEXを記録する。この
VEXの逆符号がVMRである。測定された接触電位差
VMR1及び、あらかじめ測定された基準電極の仕事関
数φRより(5)式から被測定物の仕事関数φ台が求め
られる。そして、二個のステッピングモータ及び−個の
モータにより駆動されるX−Y−Z軸ステージに設置さ
れた試料上を、コンピュータにより制御されたx−y−
z軸ステージ及び圧電素子を用いて電極をX−Y方向に
走査させることにより試料表面の仕事関数の分布を測定
する。測定された仕事関数の値は試料表面の状態を反映
したものであるから、仕事関数の位置による違いがら試
料表面上における材料の劣化、欠陥、腐食、あるいは、
吸着物質等の位置及びこの状態を明らかにすることがで
きる。
防ぐために、基準電極の測定面と被測定物との距離が、
円筒形の基準電極の測定面の直径の115以内になる様
に基準電極をx−y−z軸ステージ3により調整して測
定を行なう。これにより基準電極測定面に対向した被測
定物表面の状態を正しく把握することができる。この様
に配置した基準電極を発振器6により振動を加え、基準
電極と被測定物との距離を周期的に変え、基準電極と試
料2により構成されるコンデンサの電気容量に周期的変
化を与える。言うまでもなく、基準電極を振動させると
き、基準電極が試料に接触してはならない。これにより
電荷の時間変動が生じ、i = d Q/ d t =
(VMs−Vpx)d c/ d t −(7)によっ
て表される電流iを回路に流す。この電流を前置増幅器
4により増幅し、ロックイン増幅器5により位相検波し
、交流電圧の振幅に比例する直流電圧を得る。この出力
を積分器7により積分し基準電極に戻せば、VMR−V
Ex=Oになる様に自動的に帰還が働き、このときのロ
ックイン増幅器の直流出力電圧VEXを記録する。この
VEXの逆符号がVMRである。測定された接触電位差
VMR1及び、あらかじめ測定された基準電極の仕事関
数φRより(5)式から被測定物の仕事関数φ台が求め
られる。そして、二個のステッピングモータ及び−個の
モータにより駆動されるX−Y−Z軸ステージに設置さ
れた試料上を、コンピュータにより制御されたx−y−
z軸ステージ及び圧電素子を用いて電極をX−Y方向に
走査させることにより試料表面の仕事関数の分布を測定
する。測定された仕事関数の値は試料表面の状態を反映
したものであるから、仕事関数の位置による違いがら試
料表面上における材料の劣化、欠陥、腐食、あるいは、
吸着物質等の位置及びこの状態を明らかにすることがで
きる。
本実施例により、用いた基準電極の測定面の直径の約二
倍の分解能で、被測定物表面上における材料の劣化、欠
陥、腐食あるいは吸着物質等による極部的な状態変化の
位置やその状態の検出ができ、材料の信頼性の維持管理
を行なうための検査手段を提供することができる。
倍の分解能で、被測定物表面上における材料の劣化、欠
陥、腐食あるいは吸着物質等による極部的な状態変化の
位置やその状態の検出ができ、材料の信頼性の維持管理
を行なうための検査手段を提供することができる。
次に、基準電極の振動機構として圧電素子に寄らず、機
械的に基準電極を振動させる方法を採用した他の実施例
を示す。第2図は、機械的振動機構を用いた測定装置の
構成図である。基準電極1は電極駆動器10に取付けら
れた基準電極台座9の先端に取付けられ、発振器6から
の信号により基準電極を駆動させる。基準電極を周期的
に振動させることにより、基準電極と被測定物から成る
コンデンサの電気容量が変化し回路に電流を流す。
械的に基準電極を振動させる方法を採用した他の実施例
を示す。第2図は、機械的振動機構を用いた測定装置の
構成図である。基準電極1は電極駆動器10に取付けら
れた基準電極台座9の先端に取付けられ、発振器6から
の信号により基準電極を駆動させる。基準電極を周期的
に振動させることにより、基準電極と被測定物から成る
コンデンサの電気容量が変化し回路に電流を流す。
この電流をロックイン増幅器5により位相検波し、その
出力を積分器7を通じて帰還することにより5基準電極
と被測定物間の接触電位差を求め、仕事関数の測定がで
きる。電極の走査機構は、先に示した実施例と同様に、
X−Y−Z軸ステージを用いた方式である0本実施例に
より、機械的に基準電極を振動させ微小領域の仕事関数
を測定する測定装置を提供することができる。
出力を積分器7を通じて帰還することにより5基準電極
と被測定物間の接触電位差を求め、仕事関数の測定がで
きる。電極の走査機構は、先に示した実施例と同様に、
X−Y−Z軸ステージを用いた方式である0本実施例に
より、機械的に基準電極を振動させ微小領域の仕事関数
を測定する測定装置を提供することができる。
次に、接触電位差を測定する方法として、静電電位差を
、直接、測定する方法による他の実施例を示す。第3図
は、静電電位差計を用いた測定装置の構成図である。基
準電極台座9の一端に基準電極1を付ける。この基準電
極をコンピュータにより制御されたX−Y−Z軸ステー
ジ3に設置された試料2上でその間の距離を一定に保っ
て走査する。基準電極と被測定物の間に生じる電位差を
静電電位差計11でモニタし、この電位差が零になる様
に外部電源12から電圧をかける。電位差が零になった
ときの外部電源の印加電圧VEXの逆符号が基準電極と
被測定物との電位差VMRであり、これにより、被測定
物の仕事関数が測定できる。
、直接、測定する方法による他の実施例を示す。第3図
は、静電電位差計を用いた測定装置の構成図である。基
準電極台座9の一端に基準電極1を付ける。この基準電
極をコンピュータにより制御されたX−Y−Z軸ステー
ジ3に設置された試料2上でその間の距離を一定に保っ
て走査する。基準電極と被測定物の間に生じる電位差を
静電電位差計11でモニタし、この電位差が零になる様
に外部電源12から電圧をかける。電位差が零になった
ときの外部電源の印加電圧VEXの逆符号が基準電極と
被測定物との電位差VMRであり、これにより、被測定
物の仕事関数が測定できる。
本実施例により、基準電極を振動させることなく仕事関
数の測定ができ、簡便な測定装置を提供することができ
る。
数の測定ができ、簡便な測定装置を提供することができ
る。
本発明によれば、被測定物の極部的な仕事関数を測定す
ることにより、大気中で腐食、吸着物質や結露水等によ
り生じた局部的な状態変化を用いた基準電極の直径の約
二倍の分解能で測定することができ、従来評価技術のな
かった大気中における局部的な材料劣化の評価が可能に
なった。
ることにより、大気中で腐食、吸着物質や結露水等によ
り生じた局部的な状態変化を用いた基準電極の直径の約
二倍の分解能で測定することができ、従来評価技術のな
かった大気中における局部的な材料劣化の評価が可能に
なった。
第1図は本発明の一実施例の走査型人気腐食検出装置の
ブロック図、第2図は本発明の他の実施例である走査型
大気腐食検出装置のブロック図。 第3図は本発明のさらに他の実施例である走査型大気腐
食検出装置のブロック図である。 1・・・基準電極、2・・・試料、3・・x−y−z軸
ステージ、4・・・前置増幅器、5・・・ロックイン増
幅器、6・・・発振器、7・・・積分器、8・・・圧電
素子、9・・・基準電極台座、10・・・電極駆動器、
11・・静電電位差計、12・・・外部電源。 第 図 第2図
ブロック図、第2図は本発明の他の実施例である走査型
大気腐食検出装置のブロック図。 第3図は本発明のさらに他の実施例である走査型大気腐
食検出装置のブロック図である。 1・・・基準電極、2・・・試料、3・・x−y−z軸
ステージ、4・・・前置増幅器、5・・・ロックイン増
幅器、6・・・発振器、7・・・積分器、8・・・圧電
素子、9・・・基準電極台座、10・・・電極駆動器、
11・・静電電位差計、12・・・外部電源。 第 図 第2図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、大気中で被測定物の表面垂直方向に被測定物と距離
を一定に保つて基準電極を走査させて仕事関数を測定す
ることにより、前記被測定物の場所による違いを判定す
ることを特徴とする材料表面の検査方法。 2、大気中で被測定物の表面垂直方向に被測定物と距離
を一定に保つて基準電極を走査させ被測定物と基準電極
間の接触電位差を測定することにより、前記被測定物の
場所による違いを判定することを特徴とする材料表面の
検査方法。 3、請求項1または請求項2の測定方法により、前記被
測定物の場所による違いを判定する材料表面の検査方法
。 4、請求項1あるいは請求項2の測定方法により、前記
被測定物の場所による違いを判定する材料表面の検査方
法。 5、請求項1あるいは請求項2の測定方法により、前記
被測定物の場所による違いを判定する材料表面の検査方
法。 6、請求項1あるいは請求項2の測定方法により、前記
被測定物の場所による違いを判定する材料表面の検査方
法。 7、基準電極、基準電極駆動装置、基準電極位置決定機
構及び位相検波装置を具備する請求項1あるいは請求項
2の測定を行うための測定装置。 8、基準電極、基準電極位置決定機構及び電位差測定装
置を具備する請求項1あるいは請求項2の測定を行なう
ための測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP361790A JPH03210470A (ja) | 1990-01-12 | 1990-01-12 | 材料表面の検査方法及びその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP361790A JPH03210470A (ja) | 1990-01-12 | 1990-01-12 | 材料表面の検査方法及びその装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03210470A true JPH03210470A (ja) | 1991-09-13 |
Family
ID=11562457
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP361790A Pending JPH03210470A (ja) | 1990-01-12 | 1990-01-12 | 材料表面の検査方法及びその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03210470A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04507145A (ja) * | 1990-06-13 | 1992-12-10 | マックス ― プランク ― インスティテュート・フュア・アイゼンフォルシュンク・ゲーエムベーハー | コーティングされた金属表面を調査するための方法 |
| JP2011117925A (ja) * | 2009-12-02 | 2011-06-16 | Samsung Electro-Mechanics Co Ltd | 回路パターンの欠陥検査装置およびその検査方法 |
-
1990
- 1990-01-12 JP JP361790A patent/JPH03210470A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04507145A (ja) * | 1990-06-13 | 1992-12-10 | マックス ― プランク ― インスティテュート・フュア・アイゼンフォルシュンク・ゲーエムベーハー | コーティングされた金属表面を調査するための方法 |
| JP2011117925A (ja) * | 2009-12-02 | 2011-06-16 | Samsung Electro-Mechanics Co Ltd | 回路パターンの欠陥検査装置およびその検査方法 |
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